научная статья по теме ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ КОРРЕКЦИЯ НАРУШЕННОГО БИНОКУЛЯРНОГО ЗРЕНИЯ: ПРЕИМУЩЕСТВА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НОВЫХ КОМПЬЮТЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ Биология

Текст научной статьи на тему «ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ КОРРЕКЦИЯ НАРУШЕННОГО БИНОКУЛЯРНОГО ЗРЕНИЯ: ПРЕИМУЩЕСТВА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НОВЫХ КОМПЬЮТЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ»

СЕНСОРНЫЕ СИСТЕМЫ, 2015, том 29, № 2, с. 99-121

= ОБЗОР

УДК 612.843.72 + 617.758

ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ КОРРЕКЦИЯ НАРУШЕННОГО БИНОКУЛЯРНОГО ЗРЕНИЯ: ПРЕИМУЩЕСТВА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НОВЫХ КОМПЬЮТЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

© 2015 г. Г. И. Рожкова, И. Т. Лозинский1, М. А. Грачева, А. С. Большаков, А. В. Воробьев1, И. В. Сенько1, А. В. Белокопытов

Институт проблем передачи информации им. А.А. Харкевича РАН 127994 Москва, Большой Каретный пер., 19 1Российский национальный исследовательский медицинский университет им. Н.И. Пирогова,

117997 Москва, ул. Островитянова, д. 1 E-mail: gir@iitp.ru

Поступила в редакцию 3.11.2014 г.

Составлен аналитический обзор физиологической, офтальмологической и технической литературы, отражающий значительно возросшие за последние годы возможности диагностики и неин-вазивной коррекции нарушенного бинокулярного зрения с использованием последних достижений науки и компьютерных технологий. Описаны новые устройства и технические решения, дана сводка характеристик дисплеев и технологий сепарации. Приведены результаты собственных экспериментов и исследований других авторов, иллюстрирующие эффективность и перспективность перехода на современные методы формирования и варьирования 3D изображений и создания виртуальной реальности. Обсуждаются принципиальные преимущества и ограничения разных методов, определяющие особенности их внедрения в практику функциональной коррекции и резоны для их комбинирования.

Ключевые слова: бинокулярное зрение, функциональная коррекция, 3D технологии, методы сепарации изображений.

ПРЕДСТАВЛЕНИЕ О НОРМАЛЬНОМ БИНОКУЛЯРНОМ ЗРЕНИИ И ЕГО НАРУШЕНИЯХ

Бинокулярное зрение - это зрительный процесс, в ходе которого совместно перерабатывается информация, поступающая в мозг через оба глаза. В отличие от монокулярного зрения - наблюдения одним глазом - в этом процессе может учитываться сходство и различие двух потоков информации, что позволяет обеспечить более высокое качество анализа и реконструкции пространственно-временной организации рассматриваемых сцен. В зрительной системе имеются специальные бинокулярные механизмы анализа двух проекций видимой сцены, которые, однако, могут успешно работать только при достаточно хорошем качестве и согласованности изображений на сетчатках обоих глаз. Это требование должно обеспечиваться координированной деятельностью, по крайней мере, трёх систем: зрительной

сенсорной, глазодвигательной и аккомодационной. Аномалии развития или нарушения в работе любой из этих систем могут привести к расстройствам бинокулярного зрения.

При расстройствах бинокулярного зрения традиционно назначают разнообразные тренировки, направленные на развитие или восстановление нарушенных функций путём создания надлежащих условий для результативной совместной обработки информации, поступающей в зрительные отделы мозга от левого и правого глаз. Функциональная, или неинвазивная, коррекция бинокулярного зрения в разных формах используется уже не первое столетие. За рубежом такая деятельность ведется в специальных подразделениях функциональной оптометрии или зрительной комплементарной терапии, а в нашей стране - в специализированных глазных детских садах и санаториях.

Бинокулярные механизмы зрения базируются на сопоставлении двух оптических изображений

наблюдаемой зрительной сцены, формируемых на сетчатках левого и правого глаз, и учёте позиций двух глаз при фиксации взора на отдельных объектах. Из-за небольшого различия углов наблюдения сцены левым и правым глазом два изображения слегка различаются, причем эти различия могут касаться как геометрической формы, так и яркостных параметров, а в случае движения объектов - и временных. Величина и характер различий являются основой для реконструкции бинокулярными механизмами трехмерной формы объектов и их расположения по глубине, а также для уточнения отражательных свойств поверхностей и параметров движения объектов (Рож-кова, 1992; Алексеенко, 2003; Howard, Rogers, 2012). В качестве количественной меры геометрических различий двух проекций обычно используют относительную диспаратность, которая вычисляется по разности угловых координат соответствующих пар точек на двух сетчатках. Если пренебречь изменениями расстояния между оптическими центрами при поворотах глаз, получится, что относительная диспаратность неподвижных точек внешнего мира не зависит от позиции зрительных осей (угла конвергенции) и пропорциональна расстоянию между данными точками по глубине.

Процесс формирования единого видимого образа на основе информации, поступающей от двух глаз, называется фузией. Для успешного формирования единого бинокулярного образа объекта нужно сначала обеспечить бификсацию некоторой точки, чтобы её проекция в каждом глазу попала на центр фовеа. Диспаратность данной точки станет нулевой и будут созданы благоприятные условия для анализа диспаратностей соседних точек мозговыми зрительными механизмами с целью формирования не просто слитного, а трехмерного образа всего объекта. Учитывая принципиальные различия между подготовительным (преимущественно глазодвигательным) и завершающим (сенсорно-когнитивным) этапами фузии, выделяют моторные и сенсорные компоненты фузии соответственно.

Показатели нормального состояния бинокулярного зрения и их возрастная динамика

Одним из важнейших и в то же время относительно просто оцениваемых показателей качества работы каждого глаза и успешности их взаимодействия является острота зрения, измеряемая в монокулярных и бинокулярных условиях наблюдения набора специальных тестовых изображений разной величины - оптотипов. В норме показатели остроты зрения левого и правого глаз

должны быть одинаковы, а бинокулярная острота зрения должна быть несколько выше монокулярной. Существенная разница в остроте зрения двух глаз служит предпосылкой к нарушению бинокулярных зрительных функций. Критическим значением разницы принято считать 0.6, однако очевидно, что эта разница должна зависеть от самого значения остроты зрения.

До недавнего времени отечественные окулисты обычно ограничивались скрининговой оценкой остроты зрения по отношению к условной норме 1.0 (0 logMAR). Если при измерении остроты зрения каждого глаза обследуемый пациент достигал уровня 1.0, делали заключение, что острота зрения обоих глаз нормальная и нет оснований для отнесения данного пациента к группе риска. Однако благодаря проведению массовых исследований с точным измерением остроты зрения у детей и взрослых разного возраста к настоящему времени стало ясно, что физиологические возрастные нормы близки к условной норме только у дошкольников и стариков, тогда как у школьников и молодых взрослых нормы находятся в диапазоне 1.2-1.8, а индивидуальные значения остроты зрения нередко превышают 2.0 (Базарный, 1991; Рожкова, Матвеев, 2007; Oppel, 1964; Rozhkova et al., 2005). В связи с этим очевидно, что остроту зрения нужно измерять достаточно точно, так как при скрининговом обследовании можно пропустить даже очень существенную разницу в остроте зрения двух глаз, например, при остроте зрения одного глаза 1.0, а второго - 2.0. В нашей практике был даже случай, когда у молодой девушки острота зрения одного глаза составляла 1.5, а второго - 3.0, что создавало ей проблемы с бинокулярным зрением, причину которых врачи не могли понять, так как она проходила только стандартные обследования у окулиста.

На рис. 1 представлены данные по возрастной динамике остроты зрения, полученные с использованием буквоподобных "кувыркающихся" знаков Е в четырёх ориентациях (tumbling E). Приведенные результаты взяты из разных работ (Oppel, 1964; Рожкова и др., 2001; Colenbrander, 2008), но неплохо согласуются друг с другом. Данные точных измерений остроты зрения у дошкольников (рис. 1, а) свидетельствуют о том, что уже у четырёхлетних детей острота зрения нередко превышает 1.0, а примерно в пятилетнем возрасте таких детей уже большинство - кривая нормы поднимается выше этого уровня. В возрасте 11-12 лет значения остроты зрения у большинства школьников уже значительно выше 1.0 - они попадают в диапазон от 1.4 до 2.6 (б). У взрослых людей

1.3 1.21.11.0

I а9_|

J5, 0.83 0.710.6-1 Я 0.5 0.4-1 0.30.2 0.1

0

б 30%

Возраст, годы

0.2 0.6

1 1.4 1.8 Возраст, годы

2.2 2.6

и &

en Л Н

О &

и

О

<20 20+ 25+ 30+ 35+ 40+ 45+ 50+ 55+ 60+ 65+ 70+ 75+ 80+ 85+ 90+

2.0

1.6

1.25

0.8 VX 2

0.63

0.5 \

0.4 уз

0.32 4

нормативные значения постепенно снижаются после сорока лет, находясь до этого на уровне около 1.4 (в). Таким образом, очевидно, что для точного измерения остроты зрения с целью выявления первых признаков негативных отклонений или точной оценки различий между левым и правым зрительными каналами необходимо обеспечить предъявление оптотипов, соответствующих верхнему значению остроты зрения хотя бы 2.5, а не 1.0, как это принято сейчас. Угловые размеры наименьших деталей оптотипов должны соответствовать при этом 0.25'.

Подчеркнём дополнительно, что остроту зрения следует измерять не только для дали (с расстояния 5 м и более), но и для близи (33 или 50 см), и для средних расстояний (1-2 м), так как у большинства детей и взрослых даже в условиях оптимальной коррекции острота зрения зависит от расстояния наблюдения (Heron et al., 1995; Rozhkova et al., 2005). На рис. 2, а приведены средние значения некорригированной остроты зрения при разных расстояниях для трёх возрастных групп: старших дошкольников, молодых взрослых и людей пожилого возраста. Видно, что для дошкольников оптимальны расстояния около 1 м, для молодежи - около 2 м, а для пожилых -около 3.5 м. Однако индивидуальные зависимости могут существенно отличаться от средневозрастных (рис. 2, б), что нужно знать и учитывать в процессе функционального лечения (Рожкова и др., 2004; Rozhkova et al., 2007).

Измеряемые значения остроты зрения в определенной степени зависят от использованных оптотипов и условий тестирования. В частности, кроме измерения остроты зрения полезно оценивать так называемый краудинг-коэффициент, отражающий негативное влияние на распознавание тестового оптотипа других изображений (дистрак-торов), находящихся поб

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Биология»