Способ определения скорости сложной зрительно-моторной реакции испытуемого и устройство для его осуществления



Способ определения скорости сложной зрительно-моторной реакции испытуемого и устройство для его осуществления

 


Владельцы патента RU 2531132:

федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики" (RU)

Группа изобретений относится к медицине и медицинской технике, а именно к нейрофизиологии. Регистрируют траекторию движения центра зрачка глаза при распознавании оптотипа. Предварительно размещают рядом с глазом шаблон круглой формы, таким образом, чтобы резкое изображение шаблона и глаза испытуемого можно было совместить на одном кадре. Производят наводку видеокамеры на резкое изображение зрачка и шаблона. Подают сигнал распознавания оптотипа и синхронно с сигналом предъявляют оптотип на экране одного из мониторов, расположенных на одинаковых угловых расстояниях относительно оптической оси видеокамеры. Регистрируют раскадрованный видеоряд траектории движения центра зрачка, соответствующий правильной идентификации оптотипа. Определяют положение центра шаблона на кадре и принимают его за начало координат. Измеряют диаметр шаблона на кадре и рассчитывают коэффициент масштаба. Определяют координату положения центра зрачка на каждом кадре относительно начала координат, измеряют время перемещения центра зрачка и по времени судят об искомой скорости сложной зрительно-моторной реакции. При этом используют устройство, содержащее фиксатор для головы, сопряженный с регистрирующим устройством, которое соединено с блоком управления и обработки информации. С ним также соединен блок предъявления оптотипов, введен шаблон, жестко соединенный с фиксатором и размещенный в одной плоскости с глазом испытуемого. Регистрирующее устройство выполнено в виде высокоскоростной видеокамеры, размещаемой на зрительной оси испытуемого и подключенной к блоку управления и обработки информации через преобразователь сигналов. Блок предъявления оптотипов выполнен в виде двух мониторов, расположенных на одинаковых угловых расстояниях относительно оптической оси видеокамеры. Изобретение повышает точность измерений зрительно-моторной реакции, что позволяет повысить информативность диагностических признаков. 2 н.п. ф-лы, 1 ил., 1 пр.

 

Группа изобретений относится к области, где требуется оценка зрительно-моторной реакции человека, и может найти применение в медицинской, психологической, физиологической, спортивной, транспортной и авиационно-космической практике. Оно может быть использовано при диагностике глазных и неврологических заболеваний, оценке степени межполушарной асимметрии, для определения умственного утомления, а также при профессиональном отборе людей, деятельность которых связана с восприятием движущихся объектов, при проведении профессионального отбора для операторской деятельности, авиации, спорта и других профессий.

К числу важнейших показателей работы зрительной сенсорной системы относится и скорость зрительно-моторной реакции (ЗМР). Оценка ЗМР основана на исследовании функций зрения в динамике. Скорость ЗМР определяется временем с момента появления сигнала (тестового стимула) до окончательного действия (ответа на него оператора) Время сложной зрительно-моторной реакции (СЗМР) показывает среднее время реакции испытуемого на сложный раздражитель зрительного характера. Измеряется в миллисекундах.

Существует ряд способов для определения скорости глазодвигательных реакций: электроокулография, фотоэлектрография, рефлексометрия и др.

Известен способ и устройство для определения временных характеристик окуломоторной активности методом кинорегистрации (Барабанщиков В.А. Милад М.М. Методы окулографии в исследовании познавательных процессов и деятельности. М.: Институт психологии РАН, 1994, с.20).

Метод кинорегистрации включает три взаимосвязанные процедуры: киносъемку положения глаз испытуемого в процессе решения зрительных задач, покадровый анализ пленки и наложение траектории перемещения глаз (или центра зрачка) на тестовую ситуацию. Во время съемки объектив кинокамеры устанавливается напротив лица испытуемого в плоскости экрана, на который экспонируется объект, на расстоянии 50-80 см. Скорость съемки выбирается в зависимости от целей эксперимента: чем точнее необходимо определить пространственно-временные характеристики окуломоторной активности, тем более высокая скорость (частота кадров в секунду) должна быть использована. Абсолютное положение глаз испытуемого реконструируется экспериментатором по окончании опытов в ходе покадровой обработки пленки (на специализированном проекторе). Источником информации об окуломоторной активности служит смещение изображения контролируемого элемента глаза (край или центр зрачка, кровеносный сосуд склеры, роговичный блик и т.п.) относительно неподвижной части лица или оборудования. Построенная на масштабной бумаге циклограмма движений глаз при помощи пантографа переносится на копию экспонируемого объекта.

К недостаткам способа и устройства для его осуществления можно отнести использование кинопленки, что не позволяет подвергать видеоряд цифровой обработке сразу после измерения, а, следовательно, усложняет процедуру и увеличивает время ее проведения.

Известен способ и устройство для определения временных характеристик окуломоторной активности методом видеорегистрации движений глаз (В.А. Барабанщиков «Методы регистрации движений глаз: теория и практика», Электронный журнал «Психологическая наука и образование» 2010, №5, (с.240-254)).

Глаз испытуемого подсвечивается точечным источником инфракрасного излучения, а инфракрасная видеокамера производит скоростную съемку глаза. На изображении программно определяется положение зрачка (в ИК-лучах он представляет собой темный овал) и его размеры, а также позиция роговичного блика, представляющего собой отражение на роговице источника инфракрасного света. Направление взгляда рассчитывают, основываясь на векторе, соединяющем позиции роговичного блика и центра зрачка.

Устройство содержит точечный источник инфракрасного излучения, инфракрасную видеокамеру, соединенную с устройством регистрации и обработки информации.

К недостаткам способа можно отнести определение положения центра зрачка в абсолютных единицах (отсутствие использования шаблона для привязки координат и масштабирования), что снижает информативность диагностических признаков. Также к недостаткам можно отнести необходимость использования дополнительного источника ИК-освещения (т.е. наличие условий специального освещения), что усложняет процедуру. Кроме того, использование ИК-чувствительной камеры вносит дополнительные ограничения, связанные с нежелательностью использования косметики или контактных линз, поскольку они могут дополнительно отражать ИК-свет, что может внести искажение в измерения.

Наиболее близкими к заявляемым изобретениям по технической сущности и выбранными авторами за прототип являются способ и устройство определения минимального временного интервала различения объекта, который может являться показателем скорости сложной зрительно-моторной реакции (Кубарко А.И., Лукашевич И.В. Анализ механизмов динамической остроты зрения // Минск: БГМУ, Медицинский журнал. - 2007. - №1 (19)).

Способ состоит в том, что для исследования скорости обработки зрительных сигналов и инициирования глазодвигательной реакции у испытуемых оценивался минимальный временной интервал (МВИ) между предъявлением двух визуальных стимулов, достаточный для различения последовательности их презентации на экране. Для этого испытуемый усаживался перед экраном монитора. Зрительная ось испытуемого должна быть направлена в центр объекта фиксации взора (точка, пятно, кольцо), который является неподвижным в ходе исследования.

Голова испытуемого фиксировалась посредством неподвижной подставки. Испытуемый фиксировал взгляд на объекте, размещенном перед лицом и при появлении боковых объектов по возможности быстро должен перевести взгляд на тот объект, который, по мнению испытуемого, появился первым. Испытуемому предъявлялись два объекта, размещенных на симметричных угловых расстояниях а от точки фиксации взора (по горизонтали справа и слева). При выполнении теста у испытуемых осуществлялась регистрация траектории движений глаз и по записи определялось соответствие направлений движений глаз и презентуемых визуальных объектов и рассчитывался МВИ. Для расчета показателя МВИ принимались значения, при которых отсутствовали ошибки в распознавании объекта.

Устройство для осуществления способа включает неподвижную подставку для фиксации головы испытуемого, сопряженную с блоком регистрации движений глаз испытуемого, выполненным в виде электроокулографа и соединенным с блоком управления и обработки информации, выполненного в виде персонального компьютера, блок предъявления оптотипов выполнен в виде экрана персонального компьютера, центр которого расположен на зрительной оси испытуемого.

К недостаткам способа можно отнести необходимость адаптации зрения испытуемых к темноте (т.е. наличие условий специального освещения) и необходимость подсоединения электродов для получения ЭОГ, что усложняет процедуру и увеличивает время ее проведения, а также накладывает ограничения на «мобильность» способа. Кроме того, подсоединение электродов может причинять дискомфорт.

Для исследования ЭОГ необходимо учитывать не только освещенность экрана, но и количество света, попадающего на сетчатку через зрачок (стандартизация световых режимов).

Также следует отметить, что электроокулограф основан на измерении электрического потенциала на контактных электродах, расположенных рядом с глазом (у глаза есть электрический потенциал, роговица всегда положительно заряжена относительно сетчатки). Однако этот потенциал непостоянен, и его изменения делают электроокулограф не приспособленным для измерения медленных движений и фиксированных позиций взгляда, а соответственно невозможно оценить время (задержки) реакции и время задержки взгляда на оптотипе, что отрицательно сказывается на информативности диагностических признаков.

В известном способе необходимо учитывать целый ряд "зашумляющих" факторов (наличие кожно-гальванических потенциалов, электро-миографических и электрографических потенциалов, влияние механических воздействий, изменения температуры, степени выпячивания глаз из орбит, точности установки электродов и т.д.), которые увеличивают погрешности исследования.

Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности и точности измерений СЗМР, информативности диагностических признаков и уменьшение времени обследования.

Поставленная задача осуществляется следующим образом.

В способе определения скорости сложной зрительно-моторной реакции испытуемого, заключающемся в записи с помощью регистрирующего устройства траектории движения центра зрачка глаза испытуемого во время выполнения задания по распознаванию оптотипа, предъявляемого на экране монитора, цифровой обработке данных о траектории движения центра зрачка, траекторию движения центра зрачка записывают с помощью высокоскоростной видеокамеры, расположенной на зрительной оси испытуемого, которую задают, закрепляя положение головы испытуемого с помощью фиксатора, предварительно размещая рядом с глазом испытуемого шаблон для бесконтактных измерений с отверстием круглой формы, таким образом, чтобы резкое изображение шаблона и глаза испытуемого можно было совместить на одном кадре, производят наводку видеокамеры на резкое изображение зрачка и шаблона, визуально контролируя его на экране блока управления и обработки информации, подают сигнал к началу выполнения задания по распознаванию оптотипа и синхронно с сигналом предъявляют оптотип на экране одного из мониторов, расположенных на одинаковых угловых расстояниях а относительно оптической оси видеокамеры, регистрируют раскадрованный видеоряд траектории движения центра зрачка, соответствующий правильной идентификации оптотипа, определяют положение центра шаблона на кадре и принимают его за начало координат, для измерений в единицах длины измеряют диаметр шаблона на кадре и вычисляют коэффициент масштаба по формуле:

,

где k - коэффициент масштаба,

dp - реальный диаметр шаблона,

dк - диаметр шаблона на кадре,

определяют координату положения центра зрачка на каждом кадре относительно начала координат и формируют массив X значений координат центра зрачка на каждом кадре,

определяют координату положения зрачка на каждом кадре относительно начала координат, формируют массив X значений координат зрачка на каждом кадре, вычисляют для каждого кадра отклонение координаты зрачка относительно первого кадра Δxn по формуле:

Δxn=k·(x0+(xn-x1))

где k - коэффициент масштаба,

x0 - начало координат,

x1 - координата зрачка на первом кадре,

xn - координата зрачка на каждом последующем кадре,

n=1, 2 … - номер каждого последующего кадра,

определяют максимальное перемещение центра зрачка Δxmax, соответствующее максимальному элементу массива отклонений положения зрачка ΔX,

определяют область исходного положения центра зрачка ε по формуле:

измеряют время перемещения центра зрачка на значение координаты, измеренное на каждом кадре, формируют массив T значений времени, каждый элемент которого имеет соответствие элементу массива X, по массиву отклонений положения зрачка АХ определяют номер элемента nε, массива X соответствующего кадру, на котором отклонение положения зрачка Δx меньше величины области исходного положения центра зрачка ε:|Δxmax|≤ε, находят соответствие этого элемента массива X элементу массива Т, являющемуся значением времени, затраченного на перемещение центра зрачка из начальных координат обратно в координаты исходного положения после распознавания оптотипа и по этому времени судят об искомой скорости сложной зрительно-моторной реакции.

В устройстве определения скорости сложной зрительно-моторной реакции испытуемого, содержащем фиксатор для головы испытуемого, сопряженный с регистрирующим устройством, соединенным с блоком управления и обработки информации, и соединенный с ним блок предъявления оптотипов, введен шаблон для бесконтактных измерений с отверстием круглой формы, жестко соединенный с фиксатором и размещенный в одной плоскости с глазом испытуемого, регистрирующее устройство выполнено в виде высокоскоростной видеокамеры, размещаемой на зрительной оси испытуемого и подключенной к блоку управления и обработки информации через преобразователь сигналов, а блок предъявления оптотипов выполнен в виде двух мониторов, расположенных на одинаковых угловых расстояниях а относительно оптической оси высокоскоростной видеокамеры.

Сущность заявляемых способа и устройства определения скорости сложной зрительно-моторной реакции испытуемого поясняется следующим.

Способ может применяться для проведения исследований как в стационарных, так и амбулаторных условиях, причем допустимо использование косметики и линз. Измерения проводятся бесконтактно и не требуют создания специальных условий освещения, благодаря тому, что траекторию движения центра зрачка записывают с помощью высокоскоростной видеокамеры, расположенной на зрительной оси испытуемого, что позволяет существенно сократить время проведения измерений.

Для повышения точности измерений и информативности диагностических признаков, измерения координат перемещения центра зрачка на кадре проводят в единицах длины, для этого предварительно размещают рядом с глазом испытуемого шаблон для бесконтактных измерений с отверстием круглой формы (соответствующей форме зрачка) таким образом, чтобы резкое изображение шаблона и глаза испытуемого можно было совместить на одном кадре без увеличения массогабаритных показателей устройства; производят наводку видеокамеры на резкое изображение зрачка и шаблона, визуально контролируя его на экране блока управления и обработки информации,

С помощью высокоскоростной видеокамеры регистрируют видеоряд траектории движения центра зрачка, соответствующий правильной идентификации оптотипа, а для сокращения времени расчетов и повышения точности измерений раскадровывают видеоряд, сохраняют и обрабатывают каждый кадр видеоряда в цифровой форме (по пикселям), используя внешний преобразователь сигналов.

Повышение эффективности, а также уменьшение времени обследования достигается тем, что в способе обработке подлежит только видеоряд траектории движения центра зрачка, соответствующий правильной идентификации оптотипа. На этом видеоряде определяют положение центра шаблона, которое принимают за начало координат, и измеряют его диаметр в абсолютных единицах на кадре,

вычисляют коэффициент масштаба изображения по формуле:

,

где k - коэффициент масштаба,

dр - реальный диаметр шаблона,

dк - диаметр шаблона на кадре, определяют координату положения центра зрачка на каждом кадре относительно начала координат и формируют массив X значений координат центра зрачка на каждом кадре, определяют координату положения зрачка на каждом кадре относительно начала координат, формируют массив X значений координат зрачка на каждом кадре, вычисляют для каждого кадра отклонение координаты зрачка относительно первого кадра Δxn по формуле:

Δxn=k·(x0+(xn-x1)),

где k - коэффициент масштаба,

x0 - начало координат,

x1 - координата зрачка на первом кадре,

xn - координата зрачка на каждом последующем кадре,

n=1, 2 … - номер каждого последующего кадра,

благодаря применению коэффициента масштаба в данной формуле, результаты дальнейших расчетов имеют размерность единиц длины. Переход от абсолютных единиц к единицам длины приводит к повышению точности измерений и информативности диагностических признаков.

Далее определяют максимальное перемещение центра зрачка Δxmax, соответствующее максимальному элементу массива отклонений положения зрачка ΔX, определяют область исходного положения центра зрачка ε по формуле:

измеряют время перемещения центра зрачка на значение координаты, измеренное на каждом кадре, формируют массив T значений времени, каждый элемент которого имеет соответствие элементу массива X, по массиву отклонений положения зрачка ДХ определяют номер элемента nε, массива X, соответствующего кадру, на котором отклонение положения зрачка Δx меньше величины области исходного положения центра зрачка ε:|Δxmax|≤ε, находят соответствие этого элемента массива X элементу массива T, являющемуся значением времени, затраченного на перемещение центра зрачка из начальных координат обратно в координаты исходного положения после распознавания оптотипа и по этому времени судят об искомой скорости сложной зрительно-моторной реакции.

Видеокамеру располагают на зрительной оси испытуемого, чтобы максимально избежать искажений формы отверстия шаблона, зрачка и радужной оболочки глаза (круг) на изображении, а следовательно, точно распознавать на изображении отверстие шаблона, зрачок и определять положение их центра.

Для измерения скорости сложной зрительно-моторной реакции необходимо предъявлять сложный оптотип, для обеспечения возможности предъявления оптотипа любого вида и величины (поскольку оптотип должен быть подобран индивидуально в соответствии со статической остротой зрения испытуемого), блок предъявления оптотипов выполнен в виде экрана монитора, а для инициирования перемещения центра зрачка испытуемого в различных направлениях используются два монитора, расположенные на одинаковых угловых расстояниях а относительно оптической оси высокоскоростной видеокамеры.

Таким образом, заявленные способ и устройство выполняют задачу повышения эффективности и точности измерений СЗМР, информативности диагностических признаков и уменьшения времени обследования.

Кроме того, за счет обработки информации о траектории движения центра зрачка и ее связи с временными характеристиками окуломоторной активности можно определить маршруты движений глаз, число и длительность фиксаций элементов стимульной ситуации; по сопоставлению измеренных координат и времени, рассчитанному по приведенным выше формулам, можно судить о скорости реакции нервной системы (время от начала записи до начала движения центра зрачка), характеристике глазодвигательной функции (время движения взгляда и направление движения относительно исходного положения), скорости обработки визуальной информации (время задержки взгляда на оптотипе).

Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлена схема устройства для осуществления способа определения скорости сложной зрительно-моторной реакции испытуемого.

Устройство включает шаблон для бесконтактных измерений с отверстием круглой формы 1, жестко соединенный с фиксатором головы (на чертеже не показан), размещаемый в одной плоскости с глазом испытуемого и сопряженный с регистрирующим устройством 2;

регистрирующее устройство 2, выполненное в виде высокоскоростной видеокамеры, размещаемой на зрительной оси испытуемого, которую задают, закрепляя положение головы испытуемого с помощью фиксатора, и подключенной к блоку управления и обработки информации 3 через преобразователь сигналов 4, запоминающий и обрабатывающий каждый кадр видеоряда в цифровой форме (по пикселям);

блок предъявления оптотипов 5, выполненный в виде двух мониторов, расположенных на одинаковых угловых расстояниях а относительно оптической оси высокоскоростной видеокамеры 2 и подключенный к блоку управления и обработки информации 3.

Управление работой устройства осуществляется оператором с помощью блока управления и обработки информации 3.

Способ осуществляют следующим образом.

Испытуемого располагают перед высокоскоростной видеокамерой 2 и блоком предъявления оптотипов 5 на некотором расстоянии l, таким образом, чтобы зрительная ось испытуемого совпадала с оптической осью высокоскоростной видеокамеры 2, закрепляют положение головы испытуемого фиксатором, шаблон для бесконтактных измерений, с отверстием круглой формы 1, жестко соединенный с фиксатором головы, располагают в плоскости глаз испытуемого таким образом, чтобы резкое изображение шаблона и глаза испытуемого можно было совместить на одном кадре. Производят наводку высокоскоростной видеокамеры 2 на резкое изображение зрачка и шаблона, визуально контролируя его на экране блока управления и обработки информации 2.

Испытуемому предлагают выполнить следующее задание по распознаванию оптотипа: зафиксировать взгляд на объективе высокоскоростной видеокамеры 2, затем, после сигнала к началу выполнения задания, перевести взгляд из исходного положения на оптотип, который предъявляют на экране одного из двух мониторов 5 синхронно с сигналом к началу выполнения задания, как можно быстрее распознать его и перевести взгляд в исходное положение.

Выбирают конкретный вид сигнала (например, световой, звуковой) к началу выполнения задания, подают сигнал к началу выполнения задания, синхронно с сигналом предъявляют оптотип на одном из боковых мониторов 5, расположенных на одинаковых угловых расстояниях а относительно оптической оси высокоскоростной видеокамеры 2.

Высокоскоростной видеокамерой регистрируют видеоряд траектории движения центра зрачка, соответствующий правильной идентификации оптотипа, который раскадровывают с помощью преобразователя сигналов 4, запоминающего и обрабатывающего каждый кадр видеоряда в цифровой форме (по пикселям). Далее следует обработка полученной информации.

Пример конкретной реализации способа определения скорости сложной зрительно-моторной реакции.

При обычном дневном освещении (естественном или искусственном) испытуемого А (возраст 25 лет) усаживали перед регистрирующим устройством, выполненным в виде высокоскоростной видеокамеры на расстоянии 30-40 см, таким образом, чтобы зрительная ось испытуемого совпадала с оптической осью высокоскоростной видеокамеры. Высокоскоростная видеокамера подбиралась таким образом, чтобы осуществлять съемку, со скоростью не менее 300 кадров в секунду при разрешении получаемого изображения не менее 400×256 пикселей.

Голову испытуемого устанавливали неподвижно с помощью фиксатора (например прижимая сверху голову пациента к подбородочному упору в виде полукруглой чаши), с фиксатором для головы испытуемого жестко соединен и размещен в одной плоскости с глазом испытуемого, шаблон для бесконтактных измерений с отверстием круглой формы диаметром 10-15 мм, таким образом, чтобы в кадре отверстие имело форму круга и резкое изображение шаблона и глаза испытуемого можно было совместить на одном кадре. Производили наводку высокоскоростной видеокамеры на резкое изображение зрачка и шаблона, визуально контролируя его на экране блока управления и обработки информации, выполненного в виде персонального компьютера.

Испытуемому предлагали выполнить следующее задание по распознаванию оптотипа: зафиксировать взгляд на объективе высокоскоростной видеокамеры, затем, после сигнала к началу выполнения задания, перевести взгляд из исходного положения на оптотип, который должен появляться на экране одного из двух мониторов синхронно с сигналом к началу выполнения задания, как можно быстрее распознать его и перевести взгляд в исходное положение.

Подавали сигнал к началу выполнения задания (например, голосовую команду). Предъявляли оптотип на правом боковом мониторе, расположенном на угловом расстоянии а примерно 45° (±1°) от оптической оси высокоскоростной видеокамеры на расстоянии от лица испытуемого l=100-105 см.

В качестве предъявляемого оптотипа подбирался любой стандартный оптотип из используемых в таблицах для определения статической остроты зрения (ISO 8596 «Оптика и оптические приборы. Проверка остроты зрения. Стандартный оптотип и его предъявление»; ISO 8597 «Оптика и оптические приборы. Проверка остроты зрения»). Примером такого оптотипа является кольцо Ландольта.

С помощью высокоскоростной видеокамеры регистрировались движения глаз испытуемого во время выполнения задания по распознаванию оптотипа. Видеокамера подключалась к блоку управления и обработки информации, выполненному в виде персонального компьютера через преобразователь сигналов, выполненный в виде фреймграббера, позволяющего раскадровывать видеоряд и сохранять каждый кадр отдельно с указанием времени его записи с точностью не хуже 0.0005 с, с помощью которого получали серию снимков, характеризующих движения центра зрачка глаза испытуемого.

На раскадрованном видеоряде, характеризующем траекторию движения центра зрачка, соответствующем правильной идентификации оптотипа, определяли положение центра шаблона на кадре и принимали его за начало координат, для измерений в единицах длины измеряли диаметр шаблона на кадре и вычисляли коэффициент масштаба по формуле:

,

где k - коэффициент масштаба,

dр - реальный диаметр шаблона,

dк - диаметр шаблона на кадре,

Получили значение коэффициента масштаба k=1,24.

Определяют координату положения центра зрачка на каждом кадре относительно начала координат и формируют массив X значений координат центра зрачка на каждом кадре, определяют координату положения зрачка на каждом кадре относительно начала координат, формируют массив X значений координат зрачка на каждом кадре, вычисляют для каждого кадра отклонение координаты зрачка относительно первого кадра Δxn по формуле:

Δxn=k·(x0+(xn-x1)),

где k - коэффициент масштаба,

x0 - начало координат,

x1 - координата зрачка на первом кадре,

xn - координата зрачка на каждом последующем кадре,

n=1, 2 … - номер каждого последующего кадра,

Определяли максимальное перемещение центра зрачка Δxmax, соответствующее максимальному элементу массива отклонений положения зрачка ΔX, определяют область исходного положения центра зрачка ε по формуле:

.

Получили ε=10 мкм.

Измеряли время перемещения центра зрачка на значение координаты, измеренное на каждом кадре, формируют массив T значений времени, каждый элемент которого имеет соответствие элементу массива X, по массиву отклонений положения зрачка ΔX определяли номер элемента nε, массива X, соответствующего кадру, на котором отклонение положения зрачка Δx меньше величины области исходного положения центра зрачка ε:|Δxmax|≤ε. В конкретном случае получили nε=93. Находили соответствие этого элемента массива X элементу массива T, являющемуся значением времени, затраченного на перемещение центра зрачка из начальных координат обратно в координаты исходного положения после распознавания оптотипа и по этому времени судят об искомой скорости сложной зрительно-моторной реакции. Измерение показало, что скорость сложной зрительно-моторной реакции испытуемого равна 280 мс.

Скорость сложной зрительно-моторной реакции человека зависит от сложности предъявляемого оптотипа. Быстрота реакции на объект, при внезапном его появлении, занимает от 0,25 до 1 сек (Штругхолд, 1951). Полученное значение сложной зрительно-моторной реакции попадает в интервал, приведенный в медицинской литературе.

Конкретный пример выполнения устройства для определения скорости сложной зрительно-моторной реакции.

Устройство включает шаблон для бесконтактных измерений с отверстием круглой формы диаметром 10-15 мм, жестко соединенный с фиксатором головы (подбородочным упором в виде полукруглой чаши с прижимными ремнями), размещаемый в одной плоскости с глазом испытуемого и расположенный на расстоянии 30-40 см, от регистрирующего устройства в виде высокоскоростной видеокамеры таким образом, чтобы зрительная ось испытуемого совпадала с оптической осью видеокамеры. Высокоскоростная видеокамера подбиралась таким образом, чтобы осуществлять съемку, со скоростью не менее 300 кадров в секунду при разрешении получаемого изображения не менее 400×256 пикселей.

Высокоскоростная видеокамера была подключена к блоку управления и обработки информации (выполненному в виде персонального компьютера с размером оперативной памяти не меньше 2 Гб) через преобразователь сигналов, выполненный в виде фреймграббера, позволяющего раскадровывать видеоряд и сохранять каждый кадр отдельно с указанием времени его записи с точностью не хуже 0.0005 с.

Блок предъявления оптотипов, подключенный к блоку управления и обработки информации, выполнен в виде двух мониторов, расположенных на одинаковых угловых расстояниях а примерно 45° (±1°) от оптической оси высокоскоростной видеокамеры на расстоянии от лица испытуемого l=100-105 см.

Таким образом, заявляемые способ и устройство для определения скорости сложной зрительно-моторной реакции испытуемого обеспечивают:

- бесконтактное проведение измерения и уменьшение времени обследования;

- увеличение информативности диагностических признаков;

- способ позволяет определить маршруты движений глаз, число и длительность фиксаций элементов стимульной ситуации, направление и скорость прослеживающих движений глаз;

- измерения проводятся в единицах длины за счет калибровки кадров по изображению шаблона для бесконтактных измерений с отверстием круглой формы и привязки начала координат к координатам центра шаблона измеренным на кадре;

- отсутствие необходимости обеспечения специальных условий освещения;

- способ может применяться для проведения исследований как в стационарных, так и амбулаторных условиях;

- при проведении исследований допустимо использование косметики и линз.

1. Способ определения скорости сложной зрительно-моторной реакции испытуемого, заключающийся в записи с помощью регистрирующего устройства траектории движения центра зрачка глаза испытуемого во время выполнения задания по распознаванию оптотипа, предъявляемого на экране монитора, цифровой обработке данных о траектории движения центра зрачка, отличающийся тем, что траекторию движения центра зрачка записывают с помощью высокоскоростной видеокамеры, расположенной на зрительной оси испытуемого предварительно размещая рядом с глазом испытуемого, шаблон для бесконтактных измерений с отверстием круглой формы, производят наводку видеокамеры на резкое изображение зрачка и шаблона, визуально контролируя его на экране блока управления и обработки информации, подают сигнал к началу выполнения задания по распознаванию оптотипа и синхронно с сигналом предъявляют оптотип на экране одного из мониторов, расположенных на одинаковых угловых расстояниях α относительно оптической оси видеокамеры, регистрируют раскадрованный видеоряд траектории движения центра зрачка, соответствующий правильной идентификации оптотипа, определяют положение центра шаблона на кадре и принимают его за начало координат, для измерений в единицах длины измеряют диаметр шаблона на кадре и вычисляют коэффициент масштаба по формуле
,
где k - коэффициент масштаба,
dр - реальный диаметр шаблона,
dк - диаметр шаблона на кадре, определяют координату положения центра зрачка на каждом кадре относительно начала координат и формируют массив X значений координат центра зрачка на каждом кадре, определяют координату положения зрачка на каждом кадре относительно начала координат, формируют массив X значений координат зрачка на каждом кадре, вычисляют для каждого кадра отклонение координаты зрачка относительно первого кадра Δxn по формуле
Δxn=k·(x0+(xn-x1)),
где k - коэффициент масштаба,
x0 - начало координат,
x1 - координата зрачка на первом кадре,
xn - координата зрачка на каждом последующем кадре,
n=1, 2 … - номер каждого последующего кадра,
определяют максимальное перемещение центра зрачка Δxmax, соответствующее максимальному элементу массива отклонений положения зрачка ΔX, определяют область исходного положения центра зрачка ε по формуле
,
измеряют время перемещения центра зрачка на значение координаты, измеренное на каждом кадре, формируют массив T значений времени, каждый элемент которого имеет соответствие элементу массива X, по массиву отклонений положения зрачка ΔX определяют номер элемента nε, массива X, соответствующего кадру, на котором отклонение положения зрачка Δx меньше величины области исходного положения центра зрачка ε:|Δxmax|≤ε, находят соответствие этого элемента массива X элементу массива T, являющемуся значением времени, затраченного на перемещение центра зрачка из начальных координат обратно в координаты исходного положения после распознавания оптотипа, и по этому времени судят об искомой скорости сложной зрительно-моторной реакции.

2. Устройство определения скорости сложной зрительно-моторной реакции испытуемого, содержащее фиксатор для головы испытуемого, сопряженный с регистрирующим устройством, соединенным с блоком управления и обработки информации, и соединенный с ним блок предъявления оптотипов, отличающееся тем, что в него введен шаблон для бесконтактных измерений с отверстием круглой формы, жестко соединенный с фиксатором и размещенный в одной плоскости с глазом испытуемого, регистрирующее устройство выполнено в виде высокоскоростной видеокамеры, размещаемой на зрительной оси испытуемого и подключенной к блоку управления и обработки информации через преобразователь сигналов, а блок предъявления оптотипов выполнен в виде двух мониторов, расположенных на одинаковых угловых расстояниях α относительно оптической оси высокоскоростной видеокамеры.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области медицины, а именно к офтальмологии. У пациентов с подозрением на БШ, начиная с возраста 5-6 лет и старше, проводят визометрию, исследование полей зрения, регистрацию скотопической, фотопической электроретинограммы, визуальный осмотр глазного дна, проверку цветного зрения, флюоресцентную ангиографию (ФАГ), регистрацию аутофлюоресценции (АФ) глазного дна, оптическую когерентную томографию (ОКТ).
Изобретение относится к области медицины, в частности неврологии, психологии, психиатрии, офтальмологии. .

Изобретение относится к медицине, а именно к офтальмологии. .

Изобретение относится к способу измерения восприятия, в частности измерения зрительного внимания. .

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения динамики движения глаз в процессе выполнения человеком когнитивных задач, а также для реализации интерфейсов, чувствительных к вниманию, интерфейсах глаз - мозг - компьютер, в системах, осуществляющих коммуникацию между людьми с нарушениями моторных функций.

Изобретение относится к медицинской технике и предназначено для обеспечения технической безопасности, может быть использовано для определения психофизического состояния оператора, в системах обучения и тестирования, в медицинской диагностике, физиологических экспериментах.

Изобретение относится к области психофизиологии и медицинской техники и может быть использовано при исследованиях и регистрации психофизиологического состояния человека по зрачковой реакции.
Изобретение относится к области медицины. .

Изобретение относится к области неврологии. На экране монитора предъявляют тестовое изображение на 300-400 мс и затем заменяют его постэкспозиционной матрицей такого же размера и формата. Матрица содержит цветные сектора с нанесенными внутри цифрами. Испытуемый называет цифру и цвет сектора в соответствии с первой точкой фиксации непроизвольного зрительного внимания, что определяет местоположение первой точки фиксации непроизвольного зрительного внимания. Для определения второй точки фиксации непроизвольного зрительного внимания процедуру повторяют с увеличением экспозиции до 600-800 мс; для определения третьей точки экспозицию увеличивают до 900-1200 мс. При этом предъявляют не менее двух изображений. Траекторию смещения непроизвольного зрительного внимания для каждого предъявляемого изображения строят путем последовательного соединения точек, начиная от центра изображения до местоположения первой, затем до местоположения второй и третьей точек фиксации. Изобретение позволяет повысить достоверность определения смещения непроизвольного зрительного внимания, что достигается за счет предъявления изображения и постэкпозиционной матрицы на время, необходимое для осуществления первого, второго и третьего скачка глаз, последовательной фиксации трех точек смещения непроизвольного внимания и построения по ним траектории. 2 ил., 3 пр.

Изобретение относится к медицине, а именно к способам и устройствам определения расхождения между координатными системами различных технических систем. Способ включает определение координатного положения референтного элемента на тест-объекте в координатной системе (u-v), связанной с первой технической системой; связывание с тест-объектом по меньшей мере одного тест-элемента, положение которого определено в координатной системе (x-y) второй технической системы относительно координатного положения референтного элемента; определение координатного положения по меньшей мере одного тест-элемента и/или по меньшей мере одного производного от него элемента в координатной системе (u-v) первой технической системы. Далее способ включает определение расхождений между координатными системами первой и второй технических систем с использованием найденного координатного положения по меньшей мере одного тест-элемента и/или по меньшей мере одного производного от него элемента в координатной системе (u-v) первой технической системы и координатного положения референтного элемента в координатной системе (u-v) первой технической системы. Тест-объект, использующийся в способе, имеет оптически выделяющийся паттерн. Зона вокруг паттерна выполнена с возможностью генерирования в ней посредством локального облучения лазером оптически выделяющихся тест-элементов. Устройство для лазерной хирургической офтальмологии содержит лазерное устройство, айтрекер и управляющий блок для обеспечения осуществления способа определения расхождений между координатными системами. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 3 ил.

Группа изобретений относится к области медицины. Система для отслеживания точки взгляда наблюдателя, наблюдающего объект, содержит устройство для регистрации изображения глаза наблюдателя, средство для предоставления светящегося маркера на наблюдаемом объекте или связанного с ним и средство для определения на основании изображения положения отражения роговицей маркера на глазу и центра зрачка. Средство для определения разности в положении между отражением роговицей маркера и центром зрачка, чтобы обеспечивать разностный сигнал, и средство для изменения положения маркера на наблюдаемом объекте или связанного с ним в зависимости от разностного сигнала, чтобы иметь отражение роговицей маркера и центр зрачка совпадающими, для обновления положения маркера до совпадения с точкой взгляда. Применение данной группы изобретений позволит повысить скорость и точность отслеживания взгляда. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 19 ил.

Группа изобретений относится к медицине. Способ распыления жидкости в глаз содержит: размещение устройства для распыления жидкости, содержащего датчик и автоматизированный распылитель проксимально к глазу; выравнивание глаза со сквозным отверстием или трубчатым вырезом, выполненным в устройстве для распыления жидкости с обеспечением возможности для пользователя видеть через отверстие, причем это выравнивание обеспечивает для датчика возможность обнаружения моргания, а для автоматизированного распылителя обеспечивает возможность распыления жидкости в глаз; излучение луча света в глаз; определение света, отраженного от глаза для обнаружения моргания; и распыление жидкости с помощью автоматизированного распылителя на основании обнаружения моргания. Устройство для распыления жидкости в глаз, содержащее: излучатель, направляющий луч света с заданной длиной волны в глаз; детектор для обнаружения моргания на основании света, отраженного от глаза; автоматизированный распылитель для распыления жидкости в глаз на основании обнаружения моргания; процессор, логически связанный с детектором для распыления жидкости в глаз на основе обнаружения моргания, и сквозное отверстие или трубчатый вырез, выполненный в устройстве с обеспечением возможности для пользователя видеть через отверстие для выравнивания устройства с глазом. Применение данной группы изобретений позволит повысить точность дозирования и распыления жидкости или аэрозоля в глаза. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к мониторингу параметров зрения. Способ мониторинга движения глаз и определения направления взгляда по проекции лимба на линейные фотоприемники, в котором используются оптическая система, блок обработки и блок передачи информации внешним приборам, заключается в том, что используется один или несколько последовательно соединенных линейных фотоприемников, на которые оптической системой проецируется не менее двух проекций границы лимба Ymin и Ymax, а обработка движения и определение направления взгляда происходят в реальном времени по соответствующим значениям проекций лимба одного или обоих глаз прямым расчетом по приведенной ниже формуле или с использованием предварительно рассчитанных по этой формуле данных, хранящихся в памяти блока обработки: где Ymin и Ymax - минимальное и максимальное значение проекций лимба на линейную часть фотоприемника, соответствующие знакам плюс и минус в скобках формулы, R - радиус глазного яблока и r - радиус лимба, а направление взгляда по вертикали определяет угол φ и по горизонтали угол ψ. Использование изобретения позволяет повысить быстродействие при мониторинге движения глаз и определении направления взгляда. 4 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.
Наверх