Размещено на http://www.allbest.ru

На правах рукописи

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора медицинских наук

СИСТЕМА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСТРОТЫ ЗРЕНИЯ В ЦЕЛЯХ ВРАЧЕБНОЙ ЭКСПЕРТИЗЫ

14.00.08 - глазные болезни

03.00.13 - физиология

Коскин Сергей Алексеевич

Санкт-Петербург - 2009

Работа выполнена в ФГОУ ВПО "Военно-медицинская академия имени С.М. Кирова" МО РФ

Научные консультанты:

заслуженный врач РФ, доктор медицинских наук профессор Бойко Эрнест Витальевич

доктор медицинских наук профессор Шелепин Юрий Евгеньевич

Официальные оппоненты:

заслуженный деятель науки РФ, доктор медицинских наук профессор Балашевич Леонид Иосифович

доктор медицинских наук профессор Разумовский Михаил Израилевич

член-корреспондент Российской академии наук, доктор медицинских наук профессор Альтман Яков Абрамович

Ведущая организация - ГОУ ВПО "Санкт-Петербургская государственная педиатрическая медицинская академия" Росздрава

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке Военно-медицинской академии им. С.М. Кирова.

Ученый секретарь совета

доктор медицинских наук профессор Черныш А.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

Исследование остроты зрения является основным тестом при оценке состояния центрального зрения человека в норме и патологии.

Острота зрения считается наиболее информативным показателем, который характеризует зрительные функции пациента при вынесении экспертных решений в практике работы МСЭК, ВВК, ВЛК, а также служит для оценки степени тяжести процесса и дальнейшего прогноза. Основой при оценке ограничений жизнедеятельности и определения инвалидности является определение вида и степени нарушения функций (Авербах Ф.А., 1962; Серпокрыл Н.В. и др., 1963, 1968; Гончарова Р.П., 1981; Муравьева Э.В., 1981; Либман Е.С., 1985; Разумовский М.И. и др., 1990; Разумовский М.И., 2009). Суждение о состоянии инвалидности основывается на совокупной оценке ряда характеристик, в частности, на точной оценке остроты зрения. В Международной классификации болезней X пересмотра (1985) обозначены основные степени снижения остроты зрения, которые лежат в основе современных экспертных заключений. На основании показателей остроты зрения врач выбирает тактику лечения, может оценить степень воздействия неблагоприятных факторов на орган зрения или, при необходимости, в ходе применения нагрузочных проб, таких как фотостресс-тест, сделать заключение о динамике патологического процесса и спрогнозировать его исход (Шостак В.И., 1970; Балашевич Л.И. и др., 1970, 1973; Балашевич Л.И., 1974; Розенблюм Ю.З. и др., 1990; Сомов Е.Е., 1992; Тахтаев Ю.В., 2008). Кроме того, острота зрения лежит в основе принятия решения по оценке профессиональной пригодности при выборе ряда гражданских и военных специальностей.

Следует отметить, что, визометрия в целях врачебной экспертизы направлена на решение двух основных задач. С одной стороны, это задача выявления случаев симуляции и аггравации, что часто связано с нежеланием человека исполнять какие-либо служебные обязанности, либо с желанием занизить показатели в ходе медико-социальной экспертизы. С другой стороны, перед врачом стоит задача выявить случаи диссимуляции в виде попыток продемонстрировать более высокие показатели остроты зрения, например, при обследовании водителей, моряков или летчиков.

Используемые методы контрольного определения остроты зрения должны быть научно обоснованы, четко описаны в соответствующих инструкциях с целью правовой защиты решений, вынесенных в ходе врачебной экспертизы, и защищать права врача.

Наиболее часто для визометрии с экспертной целью пользуются тестовыми таблицами с различными оптотипами., несмотря на то, что при этом отмечается существенная изменчивость в результатах, обусловленная субъективностью оценки (Gibson R.A. et al., 1980; Elliott D.B. et al., 1988; Bosse J.C., 1989; Friendly D.S. et al., 1990; Arditi A. et al., 1993; Brown B. et al., 1993; Raasch T.W. et al., 1998; Siderov J. et al., 1999). Недостатком классических таблиц является разное количество оптотипов в строках и невозможность проведения исследования в широком диапазоне величин (Ferris F.L. et al., 1982; Howarth P.A., 1986).

Большинство таблиц для визометрии построены по единому принципу и отличаются лишь шрифтами с соотношением ширины элемента к размеру буквы 1:5. Однако существует ряд таблиц, в которых данное соотношение было умышленно изменено. В нашей стране примером таких таблиц служат "Контрольные таблицы для определения остроты зрения" Б.Л.Поляка (1954), созданные для выявления симуляции. Работы по созданию тестовых таблиц на основе новых оптотипов ведутся постоянно, что говорит о том, что существующие таблицы все еще далеки от совершенства (Серпокрыл Н.В., 1967; Росляков В.А. и др., 1999; Рожкова Г.И. и др., 2001; Bailey I.L. et al., 1976; Al-Salem M., 1989; Wong D. et al., 1989; Frisen L., 1990).

Все вышеперечисленные работы привели к созданию международных стандартов ISO 8596 и 8597: 1994, в которых имеется ссылка на "Стандарт измерения остроты зрения", рекомендованный для клинической практики ("Visual acuity measurement standard", 1988).

Таблицы Головина-Сивцева достаточно удобны для повседневной практики, однако с их помощью невозможно точно измерить остроту зрения выше единицы, провести контрольное измерение остроты зрения для дали и для близи, а погрешность измерений бывает слишком высокой. В настоящее время многие клиники во всем мире используют новые таблицы ETDRS, созданные в соответствии с международными стандартами. В нашей стране также была создана тестовая таблица для исследования остроты зрения в соответствии с международными стандартами - таблица РОРБА, названная по первым буквам фамилий ее авторов: Розенблюм Ю.З., Овечкин И.Г., Росляков В.А., Бершанский М.И., Айзенштат Л.И. (Росляков В.А., и др., 1999; Балагута М.Г., 2001; Росляков В.А., 2001). Кроме того, разработаны таблицы для исследования остроты зрения в различных диапазонах величин с различных расстояний (Рожкова Г.И. и др., 2001).

Помимо визометрии для оценки зрительных все шире применяют визоконтрастометрию, основанную на пространственно-частотном подходе (Волков В.В. и др., 1983; Шелепин Ю.Е. и др., 1985; Шелепин Ю.Е., 1987; Мамсурова И.Ч., 1992). Появились работы по применению пространственно-частотного подхода в анализе показателей визометрии, что открыло новые возможности по созданию принципиально новых "исчезающих" оптотипов (Волков В.В. и др., 1987; Шелепин Ю.Е. и др., 1992; Howland B. et al., 1978; Medina A. et al., 1988; Fariza E. et al., 1990; Graf M. et al., 1996; Veitzman S. et al., 1996). острота зрение потенциал томография

Помимо субъективных методов визометрии широкое распространение получили объективные методы оценки зрительных функций на основе нистагмографии (Шибинская Н.И., 1957, 1959; Вязовский И.А., 1962; Гусейнов Н.Н., 1965; Серпокрыл Н.В., 1966; Катичев Д.И., 1966, 1967; Фильвинский Е.И., 1967; Жалмухамедов К.Б., 1968, 1969; Werner J.F. et al., 1996; Shin Y.J. et al., 2006), однако в связи с рядом ограничений, продолжается поиск альтернативных методов.

Перспективным объективным методом оценки зрительных функций является регистрация зрительных вызванных корковых потенциалов (ЗВКП) (Новикова Л.А. и др., 1979, 1985; Фильчикова Л.И. и др., 1989; Шпак А.А., 1990; Руднева М.А. и др., 1992; Шамшинова А.М. и др., 2004; Ciganek L., 1961; Campbell F.W. et al., 1970; Regan D., 1978; Jenkins T.C. et al., 1985; Norcia A.M. et al., 1985; Katsumi O. et al., 1996; Lopes de Faria J.M. et al., 1998; Lauritzen L. et al., 2004). Несмотря на противоречивость в оценке информативности ЗВКП, по данным ряда исследователей они могут быть с успехом применены для определения остроты зрения и выявления случаев симуляции (Petersen J., 1984; Nakamura A. et al., 2001; Gundogan F.C. et al., 2007; Bach M. et al., 2008), а полученные результаты сопоставимы с показателями, получаемыми в ходе применения субъективных методов (Souza G.S. et al., 2007). Объективные методы оценки зрительных функций стали более доступными и точными в связи с появлением новых компьютерных диагностических систем.

Для решения всех задач, возникающих в ходе проведения врачебной экспертизы, требуется применение целого комплекса как субъективных, так и объективных методов контрольного определения остроты зрения. В современных условиях имеющиеся в распоряжении офтальмологов таблицы не позволяют провести адекватную контрольную оценку остроты зрения для принятия экспертного решения и врач, столкнувшись с такой проблемой, часто не может сделать правильное заключение. Для того, чтобы получить наиболее достоверные данные требуется применение современного набора таблиц, дополняющих традиционные и созданных в соответствии с рекомендациями международных стандартов. Кроме того, в ряде случаев возникает необходимость применить также и объективные методы измерения остроты зрения для вынесения экспертного решения. При этом, от точного определения остроты зрения во многом зависит дальнейшая судьба пациента.

Единой многоуровневой системы определения остроты зрения в целях врачебной экспертизы, позволяющей на основе современных субъективных и объективных методов визометрии решить данный вопрос, не существует, в связи с чем и была выполнена данная работа.

Цель работы. Разработать систему контрольного определения остроты зрения при проведении врачебной экспертизы и в клинической практике на основе современных субъективных и объективных методов визометрии.

Основные задачи исследования:

1. Изучить влияние профиля оптической плотности на пространственно-частотные характеристики оптотипов и их распознаваемость.

2. Определить возможность применения пространственно-частотного подхода в визометрии с целью контрольного определения остроты зрения по верхней граничной частоте.

3. На основе современных международных стандартов разработать новые субъективные методы контрольного определения остроты зрения, дополняющие традиционные методы визометрии, с целью применения их для решения задач врачебной экспертизы (выявление симуляции, диссимуляции и аггравации), а также в клинической практике.

4. Разработать новые объективные методы контрольного определения остроты зрения на основе регистрации зрительных вызванных потенциалов и показателей функциональной магнитно-резонансной томографии.

5. Исследовать возможность применения новых методов субъективного и объективного контрольного исследования остроты зрения в клинической и экспертной практике.

6. Разработать систему определения остроты зрения в целях врачебной экспертизы с различными алгоритмами ее реализации.

Научная новизна

Научная новизна исследования заключается в том, что на основе усовершенствования существующих и разработки новых методов субъективной и объективной оценки остроты зрения впервые создан алгоритм по системной оценке остроты зрения в целях врачебной экспертизы. Впервые изучено влияние профиля оптической плотности и спектральных характеристик на распознаваемость оптотипов и на этой основе разработаны тестовые таблицы для контрольного определения остроты зрения. Впервые оценена возможность определения остроты зрения по результатам определения верхней граничной частоты и показателям визоконтрастометрии. Впервые показана возможность высокоэффективного применения метода регистрации зрительных вызванных потенциалов в целях визометрии и разработан принципиально новый метод объективного определения остроты зрения с помощью функциональной магнитно-резонансной томографии.

Практическая значимость работы

- на основе изучения механизмов влияния профиля оптической плотности оптотипов на дистанции их распознавания создан новый тип тестовых таблиц для визометрии;

- разработан дополнительный набор тестовых таблиц для визометрии, дополняющих стандартные таблицы, который может быть использован в целях врачебной экспертизы;

- разработан способ определения остроты зрения по верхней граничной частоте при проведении визоконтрастометрии;

- разработаны и внедрены в практику два современных метода объективного определения остроты зрения: на основании регистрации зрительных вызванных потенциалов, а также результатов функциональной магнитно-резонансной томографии;

- применение комплексной системы определения остроты зрения позволило более точно проводить определение остроты зрения в целях врачебной экспертизы не только в клинической практике, но также при профотборе кандидатов для определенных профессий, экспертизе трудоспособности и в работе врачебных комиссий.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Применение различных профилей оптической плотности и сложных контуров в оптотипах для визометрии влияет на дистанцию их распознавания и может быть успешно использовано для создания контрольных методов исследования остроты зрения в экспертной практике.

2. Полноценное решение задач визометрии обеспечивает дополнительный к традиционным тестовым таблицам набор контрольных таблиц, позволяющих провести наиболее точно и полно субъективную оценку остроты зрения.

3. Новые объективные методы определения остроты зрения на основе регистрации зрительных вызванных потенциалов и показателей функциональной магнитно-резонансной томографии могут быть с успехом использованы в практике врачебной экспертизы.

4. Пространственно-частотные характеристики зрительного анализатора и, в частности, верхняя граничная частота связаны с показателями остроты зрения и могут быть использованы в качестве дополнительного контрольного метода визометрии.

5. Предложенная система определения остроты зрения в целях врачебной экспертизы, состоящая из современных субъективных и объективных методов оценки, существенно повышает информативность проводимых исследований и позволяет решить практически все экспертные задачи при подозрении на симуляцию, аггравацию и диссимуляцию.

Реализация результатов работы

Материалы работы используются в диагностической и лечебной работе клиники и внедрены в учебно-педагогический процесс для курсантов, а также слушателей клинической ординатуры и факультета усовершенствования врачей на кафедре офтальмологии Военно-медицинской академии. Результаты исследования внедрены в практическую работу Центральных и окружных госпиталей Министерства обороны РФ.

Апробация работы

Основные положения диссертации доложены на научно-практической конференции, посвященной 100-летию со дня рождения проф. Б.Л.Поляка (Санкт-Петербург, 1999), YII съезде офтальмологов России (Москва, 2000), научной конференции "Офтальмология на рубеже веков" (Санкт-Петербург, 2001), Юбилейной научно-практической конференции, посвященной 185-летию основания первой в России кафедры офтальмологии (Санкт-Петербург, 2003), Юбилейной научно-практической конференции офтальмологов с международным участием, посвященной 100-летию кафедры и клиники глазных болезней Одесского медицинского института (Одесса, 2003), Международной научно-практической конференции "Измерительные информационные технологии и приборы в охране здоровья" (Санкт-Петербург, 2003), VI Всероссийской научно-практической конференции врачей "Актуальные вопросы клиники, диагностики и лечения" (Санкт-Петербург, 2003), научно-практической конференции "Современные возможности в диагностике и лечении витреоретинальной патологии" (Москва, 2004), VII Московском Международном салоне промышленной собственности "Архимед-2004", YIII съезде офтальмологов России (Москва, 2005), Всеармейской научно-практической конференции "Инновационная деятельность в Вооруженных Силах Российской Федерации" (Санкт-Петербург, 2005), XI съезде офтальмологов Украины (Одесса, 2006), Международной научно-практической конференции "Измерительные информационные технологии и приборы в охране здоровья" (Санкт-Петербург, 2007), Юбилейной научно-практической конференции офтальмологов с международным участием, посвященной 100-летию академика Пучковской (Одесса, 2008), Юбилейной научной конференции, посвященной 190-летию кафедры офтальмологии ВМедА (Санкт-Петербург, 2008), Европейских конгрессах по зрительному восприятию - European Conference on Visual Perception (ECVP - Tubingen, Germany, 1995; Strasbourg, France, 1996; Helsinki, Finland, 1997; Oxford, UK, 1998; Trieste, Italy, 1999; St. Petersburg, Russia, 2006).

Публикации

По теме диссертации опубликовано 70 научных работ, в том числе 8 журнальных статей в центральных журналах, рекомендованных ВАК, глава в руководстве для врачей, 10 публикаций в зарубежной литературе. Получено два патента на полезные модели и одно решение о выдаче патента на изобретение, а также 21 удостоверение на рационализаторские предложения. Материалы диссертационного исследования отражены в отчетах о выполнявшихся плановых научно-исследовательских работах "Анализатор", "Таблица" и "Объектив".

Личный вклад автора

Тема и план диссертации, ее основные идеи и содержание разработаны совместно с научными консультантами на основании многолетних (1994_2008 гг.) целенаправленных исследований. Результаты исследований, изложенные в диссертации, получены автором лично в ходе детального анализа физиологических основ восприятия тестовых оптотипов, а также при разработке новых субъективных и объективных методов оценки остроты зрения в целях врачебной экспертизы. Автором лично разработаны принципиально новые оптотипы для проведения контрольных исследований остроты зрения и проведено сравнение их свойств с традиционными оптотипами на основе пространственно-частотного подхода. Автором также предложены новые тестовые таблицы, позволяющие повысить точность контрольной визометрии. Кроме того, автором разработаны и внедрены в практику новые объективные методы визометрии на основе регистрации зрительных вызванных потенциалов, а также регистрации показателей функциональной магнитно-резонансной томографии и доказана их высокая информативность. Автором предложена система контрольного определения остроты зрения с применением субъективных и объективных методов визометрии, основанная на применении пространственно-частотного подхода. Материал был набран лично автором и проанализирован с помощью современных статистических методов. Во всех совместных исследованиях по теме диссертации автору принадлежит формулирование общей цели и задач конкретной работы, а также анализ полученных данных.

Объем и структура диссертации

Диссертация изложена на 250 страницах и состоит из введения, 6 глав, заключения, выводов, практических рекомендаций, списка литературы и приложения. Работа иллюстрирована 64 рисунками, содержит 15 таблиц, список литературы включает 307 библиографических наименований, из которых 166 - зарубежных авторов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Общая характеристика материала и методов исследования

В настоящей работе представлен экспериментальный и клинический материал, полученный автором различными психофизическими и электрофизиологическими методами исследования, а также при применении функциональной магнитно-резонансной томографии. Всем испытуемым предварительно проводили стандартное офтальмологическое обследование, включавшее визометрию по таблицам Головина-Сивцева, рефрактометрию, биомикроскопию, офтальмоскопию. Пациентам с патологией органа зрения было проведено полное обследование, подтверждавшее их основной диагноз, которое дополнительно включало периметрию на сферопериметре и с использованием скрининг-анализатора центрального поля зрения (патент №23369), измерение внутриглазного давления, ультразвуковую эхобиометрию и другие методы исследования. Все исследования были проведены на базе клиники глазных болезней Военно-медицинской академии.

В исследованиях приняли участие 2086 испытуемых в возрасте от 17 до 72 лет. В проведенных сериях экспериментов участвовало различное количество испытуемых, необходимое для проведения исследований. Например, при изучении влияния профиля оптической плотности контура оптотипов на дистанции их распознавания и в разработке новых таблиц в исследованиях приняло участие 545 испытуемых. Нормы показателей визоконтрастометрии были получены при исследовании частотно-контрастных характеристик у 620 здоровых испытуемых. При проведении сравнения остроты зрения с показателями визоконтрастометрии были обработаны более 1420 частотно-контрастных характеристик у 810 здоровых испытуемых и пациентов с различной патологией органа зрения. Определение остроты зрения по верхней граничной частоте проведено у 70 испытуемых, с помощью регистрации ЗВКП - у 26, по данным фМРТ - у 16 человек. Для облегчения восприятия материала число испытуемых и подробное описание методики исследования приведено в соответствующих главах.

В экспериментальной части работы, посвященной анализу пространственно-частотных свойств оптотипов, использовали компьютерные программы "Спектр" и "Fast Fourier Transform", разработанные В.Н. Чихманом, С.А. Прониным, В.Н. Пауком и В.Б. Макуловым и (1992), что позволило проводить сравнительную оценку двумерного пространственно-частотного спектра тестовых зрительных стимулов, синтезированных нами с использованием программы Corel Draw и моделировать оптотипы с заданными характеристиками.

В разработке методов компьютерной визоконтрастометрии, программы определения верхней граничной частоты, а также в разработке методов объективного определения остроты зрения на основе регистрации ЗВКП или фМРТ совместно с автором принимал участие коллектив, состоящий, из программистов, физиологов и рентгенологов. Для обработки данных в исследовании использовали статистические методы оценки результатов, основанные на описательной статистике, корреляционном и регрессионном анализах.

Результаты собственных исследований

Исследование пространственно-частотных характеристик оптотипов, оказывающих влияние на определение остроты зрения

Влияние профиля оптической плотности на дистанции распознавания оптотипов.

Различия в порогах обнаружения и распознавания характерны для наблюдения практически всех обычных оптотипов, применяемых для визометрии, являясь одной из причин вариабельности результатов измерений (Gibson R.A., Sanderson H.F., 1980). Методы цифровой обработки изображений (Мирошников М.М., Нестерук В.Ф., 1988; Шелепин Ю.Е. и др., 1998; Красильников Н.Н., 2001) позволили предложить путь создания фигур нового типа, у которых бы совпадали дистанции обнаружения и распознавания ("исчезающих" оптотипов).

При превышении пороговой дистанции распознавания наблюдатель не видит вместо оптотипа его размытое пятно. Оптотип мгновенно сливается с окружающим фоном.

Различие между предложенными "исчезающими" тестовыми фигурами заключалось в профиле сечения оптической плотности контура, теоретически полностью уравновешенном "усредненной" весовой функцией рецептивного поля ганглиозных клеток фовеолярной части сетчатки (Howland B. et al., 1978; Medina A. et al., 1988).

Сравнительный анализ предложенных различными исследователями оптотипов не был проведен, экспериментально не была изучена особенность геометрических свойств контура (профиля) "исчезающей" фигуры с физиологическими механизмами, обеспечивающими остроту зрения. Целью нашего исследования было изучить оптические свойства тестовых изображений, которые определяют пороги распознавания "исчезающих" оптотипов.

Для измерения порогов распознавания нами с помощью программы "Corel Draw" были синтезированы тестовые фигуры в виде кольца Ландольта с классическим соотношением угловых размеров разрыва кольца к общему размеру оптотипа как 1:5, но отличающиеся конфигурацией оптической плотности профиля контура.

"Исчезающие" кольца Ландольта имели сложный многоконтурный профиль оптической плотности, причем одни из составляющих этих контуров темнее фона, а другие - светлее. Наблюдателю требовалось определять ориентацию разрыва в кольце, предъявляемом в одном из четырех положений. Все оптотипы были равными по высоте, ширине, размеру разрывов и контрасту. Использовали четыре типа "исчезающих" оптотипов: а) Оптотип №1, имел двойной черно-белый профиль с соотношением ширины белого и черного как 1:1; б). Оптотип №2 имел тройной черно-бело-черный контур с соотношением 1:2:1; в). Оптотип №3 - с соотношением составляющих контуров 1:2:3:2:1; г). Оптотип №4 с соотношением 1:2:2:2:1. Кроме того, применяли контурированные оптотипы с только черным (оптотип №5а) или только белым (оптотип №5b) контуром. Все контурированные оптотипы были размещены на сером фоне. Размер контурированных оптотипов составлял 72,5 мм, а величина разрыва - 14,5 мм, что соответствует геометрическим размерам оптотипов в первой строке таблиц Головина-Сивцева, имеющих дистанцию распознавания 50 м. Толщина контуров у всех оптотипов составляла 2,9 мм, что соответствует ширине разрыва в знаках, имеющих дистанцию распознавания 10 м. Таким образом, соотношение элементов в контурированном оптотипе можно описать как 1:5:25 (рисунок 1).

Кроме того, для сравнения были синтезированы обычные кольца Ландольта (черное на белом фоне - оптотип 6а, белое на черном фоне - 6b, черное на сером фоне - 6c, белое на сером фоне - 6d) с простым прямоугольным профилем оптической плотности контура. У стандартных колец Ландольта, имевших соотношение 1:5, размер внешнего диаметра составлял 14,5 мм, а величина разрыва - 2,9 мм, то есть соответствовала толщине контура "исчезающих" оптотипов.

Изображения были отпечатаны с помощью струйного принтера высокого разрешения на матовой фотобумаге и предъявлялись изолированно. Методом пределов (Бардин К.В., 1976) измеряли пороговую дистанцию распознавания ориентации разрыва оптотипа. Тест-карту, на которой был изображен оптотип, размещали в аппарате Рота и предъявляли в одном из четырех положений. Испытуемых просили медленно подходить к тест-карте и регистрировали дистанцию.

Исследования были проведены на 22 здоровых испытуемых (44 глаза) в возрасте от 17 до 24 лет, имеющих эмметропическую рефракцию. Всем испытуемым проводили визометрию с помощью специально созданной таблицы (Коскин С.А. и др., 2002) для измерения остроты зрения вдаль выше 1,0. Средняя острота зрения в группе составила 1,53.

Рис. 1. Cлева внешний вид контурированных оптотипов с соотношением элементов 1:5:25 - "исчезающих" (№1-4) и "неисчезающего" (№5), а также стандартного 1:5 кольца Ландольта (№6). Справа профили оптической плотности (сечения) их контура.

Было проведено сравнение результатов измерения дистанций распознавания оптотипов с их пространственно-частотным спектром и геометрическими размерами их элементов. Были выбраны два физических критерия оценки зависимости дистанции распознавания от профиля оптотипа. Первый из них - пространственно-частотный анализ оптотипов, второй - пространственный анализ.

Для пространственно-частотного анализа изображений была использована программа "Спектр", с помощью которой мы получали двумерный спектр для фиксированного размера тестовых изображений, а затем получали его одномерные сечения. По полученному сечению определяли пиковую пространственную частоту, в которой сосредоточена основная энергия в спектре. Затем подбирался уровень, по которому определяли верхнюю граничную частоту, которую сравнивали с дистанцией распознавания.

Для "исчезающих" фигур с различными профилями контура и "неисчезающих" оптотипов были получены различные дистанции распознавания, представленные ниже в таблице 1. В связи с тем, что дистанции распознавания оптотипов 5а и 5b практически совпали (P>0.05), для сравнения и построения графиков были выбраны пять оптотипов (№1-5), имеющих профили контура изображенные на рисунке 1. Справа от оптотипов представлено изображение увеличенного участка контура и сечение его профиля. Зависимость пороговой дистанции распознавания от пространственно-частотных свойств оптотипа представлена на рисунке 2.

Таблица 1.

Дистанции распознавания оптотипов (n=44) и соответствующая им верхняя граничная частота в спектре.

№ пп	Номер оптотипа	Средняя дистанция распознавания, м	Верхняя граничная частота оптотипа, цикл/град
1	1	31,88±1,75	10
2	2	25,21±1,72	15
3	3	18,81±1,76	23
4	4	21,54±1,73	21
5	5а	45,13±1,17	3
6	5b	45,54±1,19
7	6a	17,75±0,51
8	6b	17,95±0,57
9	6c	17,74±0,60
10	6d	17,80±0,60

Рис. 2. Зависимость пороговой дистанции распознавания от пространственно-частотных свойств оптотипа.

Анализ пространственных свойств оптотипов представлял сложность в выборе измеряемого параметра. Это обусловлено сложностью профиля контура оптотипов. Мы опробовали различные комбинации сумм сечений светлых и темных полос. Для №5, состоящего из одной черной линии на сером фоне, ширину удвоили. На рисунке 3 показана линейная зависимость дистанции распознавания от ширины одной черной и белой полосы в контуре.

Рис. 3. Зависимость дистанции распознавания от пространственных свойств оптотипов - ширины черно-белой пары (от края) в профиле контура оптотипа в относительных единицах.

Отметим, что наружный и внутренний диаметр и разрыв во всех тестовых кольцах были одинаковы, а дистанции распознавания разные. Профиль контура у всех колец был различен. Если оценивать результаты пространственно-частотного анализа, то совершенно очевидно, что существует критическая пространственная частота, определяющая предельное разрешение конкретного оптотипа. Для расчетов мы выбрали пиковую пространственную частоту в спектре и верхнюю граничную частоту. Эти частоты, присущие определенной форме профиля контура, линейно зависят от удаленности наблюдателя от конкретного теста.

В силу законов оптики результаты частотного анализа должны соответствовать результату анализа пространственных свойств изображения, в данном случае размеру комбинаций черных и светлых полос в сложном контуре, при фиксированном внешнем диаметре кольца оптотипа. Этот оптический закон справедлив и для задач, связанных с определением разрешающей способности.

Слияние с фоном "исчезающих" оптотипов может быть обусловлено тем, что и более светлая и более темная, чем серый фон, часть фигуры на пределе разрешения попадают под эффективную часть функции рассеяния оптики глаза. Если контур сложнее, нежели черно-белая пара, надо найти такую комбинацию, которая именно попадет под эффективную часть функции рассеяния и не вызовет отклика рецептивных полей

Эффективную (на половине высоты) функцию рассеяния оптики глаза, на основании статистического критерия Рэлея, обычно принимают равной одной минуте. Эффективная ширина функции рассеяния точки, равная одной минуте - это близкая к средней величина. Наблюдатель, в зависимости от условий, может выбирать и другой уровень среза функции рассеяния. Функция рассеяния согласована с рецептивными полями нейронов зрительной системы, в которых происходит суммация слабого сигнала от нескольких рецепторов. Самые мелкие фовеолярные рецептивные поля, образованные из самых мелких колбочек, обеспечивают высокую остроту зрения и являются тем нейрофизиологическим механизмом, который осуществляет передачу в мозг изображений "исчезающих" оптотипов на пределе их распознавания.

Если в пределах эффективной части функции рассеяния на пределе разрешения будет усреднена светлая и темная часть профиля оптотипа, а результат будет равен яркости фона, то и отклика рецептивных полей не будет, а оптотип "исчезнет". Для достижения порога критическим является накопление сигнала в пределах коркового рецептивного поля относительно фона. Рецептивное поле описывает весовая функция. Весовая функция самого высокочастотного канала естественным образом ограничена физическими (фокусировка, функция рассеяния) и физиологическими характеристиками (структура рецептивных полей) зрительной системы.

Если угловой размер черно-белой пары "исчезающего" оптотипа таков, что он попадает под функцию рассеяния оптики глаза или в центральную суммирующую часть самого мелкого рецептивного поля в фовеоле, являющуюся входом для самого высокочастотного канала, то и отклика этого канала не будет, оптотип "исчезнет".

В спектре "исчезающих" фигур практически отсутствуют низкочастотные составляющие. Полученные результаты подтвердили зависимость дистанции распознавания "исчезающих" фигур от пиковой и верхней граничной частоты, а также от ширины пространственно-частотного спектра.

Проведенные нами исследования показали, что фактором, определяющим порог распознавания "исчезающих" оптотипов, является не разрыв в кольце Ландольта, а структура профиля, которая определяет пиковую пространственную и верхнюю граничную частоту его пространственно-частотного спектра.

Влияние контура на распознаваемость оптотипов

Для определения степени влияния контура оптотипа на его распознаваемость мы провели исследование оптотипов с разным соотношением величины оптотипа к ширине контурной линии, лежащей в основе оптотипа. Для исследования оптотипов использовали знаки со стандартным соотношением 1:5, а также с соотношением 1:5:25. Данные тестовые знаки были построены из контуров, имеющих различные профили оптической плотности с чередованием белых и черных участков на сером фоне.

В данной серии экспериментов использовали следующие оптотипы в виде колец Ландольта:

1. Контурированных со сложным профилем оптической плотности контура с соотношением элементов 1:5:25 (1, 2, 3, 4) (рисунок 1).

2. Со сложным профилем оптической плотности элемента, но со стандартным соотношением 1:5 (1а, 2а, 3а, 4а).

3. С соотношением 1:5:25 с прямоугольным черным профилем на белом фоне. (5).

Для сравнения использовали стандартный оптотип Ландольта с соотношением 1:5 (6а. 6b, 6c, 6d) и разработанный оптотип в виде модифицированной штрих-миры (7) с соотношением 1:9 (рисунок 6).

Для 5-метрового расстояния диаметр оптотипа в виде кольца Ландольта с соотношением 1:5 составлял 7,25 мм, а ширина элемента, имеющего разные профили, и разрыва в оптотипе - 1,45 мм. Диаметр контурированного оптотипа составил 36,25 мм, ширина ножки - 7,25 мм, а ширина контура, имеющего разные профили - 1,45 мм. Таким образом, с расстояния 5 м кольцо Ландольта с соотношением 1:5 целиком было видно под углом 5 мин., а его разрыв и ширина элемента - под углом 1 мин. Размер контурированных оптотипов с расстояния 5 м составлял 25 мин., ширина элемента - 5 мин., а ширина контура - 1 мин.

Для оценки влияния контура на распознаваемость было проведено исследование дистанций распознавания синтезированных нами оптотипов. Исследования пороговых дистанций проводили у 28 здоровых испытуемых (56 глаз) в возрасте от 17 до 22 лет, имеющих остроту зрения не ниже 1.0 и эмметропическую рефракцию. Средняя острота зрения в выборке составила 1,53. Для определения дистанции распознавания применяли методику, описанную выше.

Результаты измерения дистанций распознавания представлены ниже в таблице 2.

Статистически значимой разницы между дистанциями распознавания стандартных оптотипов в виде колец Ландольта (6a, 6b, 6c, 6d) получено не было (P>0.05).

Таблица 2.

Дистанции распознавания оптотипов с соотношениями элементов 1:5:25, 1:5 и 1:9 с различными профилями оптической плотности (n=56) для остроты зрения 1.0.

№ п/п	Оптотип	Дистанция распознавания, м	Соотношение дистанций	Разрыв, мм	Общий размер оптотипа, мм
1	1	11,96±0,31	2,7	7,25	36,25
2	1а	4,48±0,15		1,45	7,25
3	2	10,05±0,36	2,2	7,25	36,25
4	2а	4,57±0,14		1,45	7,25
5	3	7,66±0,37	2,6	7,25	36,25
6	3а	3,00±0,09		1,45	7,25
7	4	9,81±0,36	2,4	7,25	36,25
8	4а	4,05±0,12		1,45	7,25
9	5	14,31±0,39	2,5	7,25	36,25
10	6а	5,79±0,17		1,45	7,25
11	6b	5,80±0,20		1,45	7,25
12	6c	5,86±0,18		1,45	7,25
13	6d	5,82±0,20		1,45	7,25
14	7	3,71±0,08		1,45	7,25

При использовании оптотипов с различными профилями оптической плотности не только дистанции распознавания различались, но и разброс дистанций отличался. Стандартные черные на белом фоне кольца Ландольта различались 28,6% испытуемых с расстояния 5,0-6,0 м, 38,1% испытуемых с расстояния 6,0-7,0 м и более 21% испытуемых смогли различить ориентацию разрыва в оптотипе с расстояния более 7,0 м. Минимальный разброс дистанций отмечен при использовании модифицированных штрих-мир: 59,5% испытуемых различали ориентацию оптотипа с расстояния от 4,0 до 5,0 м.

Разброс показателей при использовании модифицированных штрих-мир был меньше в два раза и, соответственно, точность измерения остроты зрения при использовании данных оптотипов в качестве контрольных существенно повышается

Несмотря на одинаковые угловые размеры оптотипов, дистанции их распознавания существенно отличались при использовании различных профилей оптической плотности и контуров. Так, например, при сравнении оптотипов с соотношением ширины разрыва к диаметру 1:5, для оптотипа 3а нами получена наименьшая из сравниваемых дистанция распознавания - 3,0 м, в то время как оптотип 1а распознается с расстояния 4,48 м, а стандартный черный оптотип на белом фоне (6а) с расстояния 5,79 м. Эта разница в дистанциях распознавания при одинаковых общих угловых размерах оптотипов обусловлена только разницей в используемых профилях.

Нами предложено использовать этот факт для контрольного определения остроты зрения. Во-первых, можно предъявлять с заданного расстояния оптотипы с разными профилями оптической плотности и одной и той же остроте зрения будут соответствовать кольца, существенно отличающиеся по своим размерам. Во-вторых, можно определять дистанции распознавания оптотипов одинакового размера, но с разными профилями оптической плотности.

При увеличении размеров стандартного оптотипа в 5 раз дистанция его распознавания также увеличивается в 5 раз. Мы сравнили изменение дистанций распознавания оптотипов, имеющих соотношение 1:5 (1а, 2а, 3а, 4а), с дистанциями, полученными для увеличенных контурированных оптотипов с соотношением 1:5:25 (1, 2, 3, 4), построенными с использованием одинакового профиля.

Результаты исследования показали, что при использовании контурированных оптотипов дистанции увеличивались, однако не в 5 и не в 25 раз. Увеличение дистанций зависело от профиля оптической плотности контура. Так, для оптотипов 1 и 1а дистанция увеличилась в 2,7 раза, для оптотипов 2 и 2а - в 2,2 раза, для 3 и 3а - в 2,6 раза, а для 4 и 4а - в 2,4 раза. Кроме того, при сравнении оптотипа 5 и 6а дистанция также увеличилась в 2,5 раза. В среднем, при увеличении геометрических размеров оптотипов в 5 раз, дистанция распознавания увеличивалась в 2,5 раза. Следовательно, применение увеличенных в 5 раз контурированных оптотипов при визометрии ведет к изменению измеряемой остроты зрения в 2,2-2.7 раза (в зависимости от профиля контура), а не в 5.

Таким образом, при контрольной оценке остроты зрения контурированные оптотипы соответствуют в два с половиной раза более высокой остроте зрения, чем стандартные оптотипы аналогичного размера, а использование модифицированных штрих-мир позволяет повысить точность измерения остроты зрения более чем в 2 раза.

Анализ влияния пространственно-частотных характеристик на распознаваемость оптотипов

Проведенные исследования показали, что использование различных профилей оптического профиля в оптотипах, имеющих одинаковые геометрические размеры, приводит к изменению дистанций их распознавания. Это связано с тем, как соотносятся профили оптической плотности оптотипов с функцией рассеяния сетчатки. При использовании сложных профилей, состоящих из чередующихся черных и белых элементов, расположенных с определенным соотношением, часть из этих элементов совпадает с функцией рассеяния, остальные элементы профиля играют вспомогательную роль.

Для экспериментального анализа пространственно-частотных спектров оптотипов с разными профилями оптической плотности нами была использована компьютерная программа "Спектр", позволяющая задать дистанцию до тест-объекта и получить его двумерный пространственно-частотный спектр, а также оценить выраженность пространственно-частотных составляющих по его сечению.

Традиционные оптотипы, используемые в визометрических таблицах, имеют прямоугольный профиль оптической плотности. Один цикл на градус содержит две составляющие - белую и черную, каждая из которых занимает половину градуса, или 30 мин. Если угловая величина белого или черного элемента в решетчатом оптотипе соответствует 1 мин, то совместно они занимают 2 мин, а в одном угловом градусе поместится 30 таких циклов. Таким образом, остроте зрения 1,0 соответствует пространственная частота 30 цикл/град. При использовании оптотипов с прямоугольным профилем в их спектре содержатся как более высокие частоты, так и низкочастотные составляющие. Это обусловлено тем, что кроме пространственно-частотных элементов, соответствующих, например, углу в 1 мин, в изображении имеются более крупные элементы, самый низкочастотный из которых зависит от максимального размера всего оптотипа. Так, в кольце Ландольта при величине разрыва, соответствующей 1 угловой минуте или 30 цикл/град, общий размер оптотипа, соответствующий 5 угловым минутам, приводит к наличию в спектре более низкочастотных составляющих (до 6 цикл/град) и, за счет этого, порог обнаружения стандартного оптотипа значительно выше порога различения ориентации его разрыва.

На рисунке 4 представлено изображение кольца Ландольта, имеющего диаметр, соответствующий с расстояния 5,0 м 5 угловым минутам. На правой части рисунка представлено сечение двумерного спектра данного оптотипа по вертикали и по горизонтали при ориентации разрыва в кольце справа. В спектре оптотипа присутствуют несколько составляющих, причем максимальная амплитуда приходится на низкочастотный диапазон от 1 до 10 цикл/град, а следующий по амплитуде диапазон приходится на частоты от 20 до 25 цикл/град, затем - 38-43 цикл/град и т.д. Черным цветом изображено сечение спектра по горизонтали, а серым - по вертикали. Для того, чтобы различить ориентацию разрыва, испытуемый должен уловить разницу в амплитуде спектра по двум основным направлениям. Как видно из рисунка, максимальные различия в амплитуде спектров по вертикали и горизонтали наблюдаются, прежде всего, в диапазоне пространственных частот около 20 цикл/град. Именно этими пространственными частотами пользуется испытуемый для определения ориентации разрыва в кольце.

Рис. 4. Внешний вид стандартного черного кольца Ландольта на белом фоне и сечение его двумерного пространственно-частотного спектра в вертикальном и горизонтальном меридиане при расчетном предъявлении оптотипа с расстояния 5 м.

При использовании более сложных профилей оптической плотности соотношение частот изменяется. На рисунке 5 показано влияние на спектр использования черно-белого профиля при таких же угловых размерах оптотипа. Стрелка показывает смещение участка с разностью амплитуд в более высокочастотный диапазон.



Рис. 5. Внешний вид оптотипа с черно-белым профилем оптической плотности на сером фоне и сечение его двумерного пространственно-частотного спектра в вертикальном и горизонтальном меридиане при расчетном предъявлении оптотипа с расстояния 5 м.

Таким образом, применение пространственно-частотного подхода в визометрии позволяет описывать процессы обнаружения, различения и распознавания тестовых знаков, а также разрабатывать новые оптотипы.

Разработка современных методов субъективной оценки остроты зрения в целях врачебной экспертизы

Разработка тестовых таблиц для контрольного исследования остроты зрения

При разработке современных тестовых таблиц для визометрии необходимо основываться на международных стандартах и отечественных разработках, а также учитывать для каких целей будут служить данные таблицы и в каких условиях они будут использоваться.

Для решения отдельных экспертных вопросов в дополнение к традиционным целесообразно использование комплекта из дополнительных таблиц для исследования остроты зрения для дали выше 1,0 (от 1.0 до 3.0), таблиц для контрольного определения остроты зрения для дали, таблицы для исследования остроты зрения с укороченной дистанции (1,5 м), а также таблицы для исследования остроты зрения ниже 0,1 для близи.

Разработка таблиц для определения остроты зрения выше 1,0 для дали

Таблицы для определения остроты зрения выше 1.0 предназначены для точного исследования остроты зрения в диапазоне от 1,0 до 3,0. Как известно, острота зрения 1,0 является нижней границей нормы.

В разработанных таблицах в качестве оптотипа используются кольца Ландольта с соотношением разрыва в кольце к диаметру кольца 1:5, которые расположены в виде строк. На лицевой стороне таблицы размещены строки, соответствующие остроте зрения 1,0, 1,1, 1,2, 1,3 и т.д. до 2,0, на обратной стороне листа размещены строки, соответствующие остроте зрения 2,1 2,2 и т.д. до 3,0

Угловой размер оптотипов, соответствующих остроте зрения 1,0 с 5-метрового расстояния, равен 5 мин, а величина разрыва в данном оптотипе составляет угол в 1 мин. В соответствии с рекомендациями международных стандартов в каждой строке размещено одинаковое количество оптотипов, слева от каждой строки указана острота зрения, а справа - дистанция, с которой разрыв в оптотипе виден под углом в 1 мин. Дистанция между строками и между оптотипами превышает размеры самих оптотипов более чем в два раза. Исследование проводится с 5-метрового расстояния в стандартных условиях путем помещения данной таблицы в аппарат Рота.

Нами была проведена проверка остроты зрения у 44 молодых людей (88 глаз) в возрасте от 17 до 19 лет, имевших по записям в медицинских книжках остроту зрения, равную 1,0. При использовании разработанных таблиц средняя величина остроты зрения в выборке составила 1,83±0.15.

Разработка таблиц для определения остроты зрения для дали с расстояния 1,5 м в диапазоне от 0,1 до 2,0 в соответствии с международными стандартами

В разработанных нами таблицах использованы оптотипы в виде колец Ландольта, расположенные в строках, каждая из которых содержит равное количество тестовых знаков (5) и размер которых от строки к строке уменьшается с коэффициентом 1,26. В таблице имеется 14 строк, позволяющих провести измерение остроты зрения с 1,5-метрового расстояния в диапазоне от 0,1 до 2,0.

Разработанные таблицы были использованы в клинической практике и показали высокую надежность и информативность исследования остроты зрения в широком диапазоне от 0,1 до 2,0 у 102 пациентов в возрасте от 19 до 62 лет при разнообразной офтальмологической патологии. Использование данных таблиц позволяет более качественно провести визометрию при равномерном изменении измеряемого угла.

Разработка таблиц для определения остроты зрения ниже 0.1 для близи

Разработанные нами таблицы позволяют точно измерить остроту зрения в диапазоне 0,01-0,1 с расстояния 0,33 м и в дальнейшем сравнить ее с остротой зрения для дали.

Нами было проведено исследование остроты зрения у 224 пациентов (258 глаз) в возрасте от 17 до 70 лет, находившихся на лечении в клинике и имевших остроту зрения ниже 0,1. Исследование остроты зрения для близи проводили после исследования остроты зрения для дали с помощью таблиц проф. Б.Л.Поляка с учетом рефракции пациентов и пресбиопии. Коэффициент корреляции результатов визометрии составил 0,91.

Разработка контрольных таблиц для определения остроты зрения с помощью модифицированных штрих-мир

Для контрольного определения остроты зрения для дали были разработаны специальные таблицы, состоящие из оптотипов в виде модифицированных штрих-мир (рисунок 6). Пациентам предлагали определить, с какой стороны находится "ступенька".

Рис. 6. Оптотип в виде модифицированной штрих-миры.

В разработанной таблице были использованы штрих-миры двух размеров, соответствующие остроте зрения 1,0 при предъявлении с дистанции 5 м (контрольная таблица №1) и при предъявлении с дистанции 50 м (контрольная таблица №2) На лицевой стороне тестовой таблицы расположено 4 оптотипа меньшего размера со случайно выбранной ориентацией "ступеньки" (контрольная таблица №1), использование которых позволяло провести исследование остроты зрения в диапазоне от 0,1 до 1,0. На оборотной стороне расположен оптотип, рассчитанный на 50-метровое расстояние (контрольная таблица №2), что позволяло провести исследование остроты зрения в диапазоне от 0,01 до 0,1.

Оптотипы контрольной таблицы №1 предъявляли сначала с расстояния 5 м и расстояние постепенно уменьшали до тех пор, пока испытуемый не мог правильно различить ориентацию как минимум в 3 из 4 предъявлений. Регистрировали дистанцию правильного различения ориентации оптотипа, а остроту зрения рассчитывали по формуле:

V=d/D,

где V - острота зрения;

d - дистанция распознавания предъявляемых оптотипов, м;

D - дистанция распознавания элемента по углом в 1 мин.

Использование контрольной таблицы показало также высокое совпадение результатов визометрии с показателями, полученными по таблице Головина-Сивцева. Нами проведено исследование дистанций распознавания для оптотипов, рассчитанных на предъявление с расстояния 5.0 м с индексированным для остроты зрения 1.0 размером, у 40 пациентов (70 глаз) в возрасте от 18 до 62 лет, имеющих остроту зрения по таблицам Головина-Сивцева от 0.1 до 1.0 (рисунок 7). Средняя острота зрения по таблицам Головина-Сивцева в выборке составила 0.56±0.03, а средняя дистанция распознавания штрих-мир - 2,78±0.16 м, что соответствует расчетам.

Рис. 7. Дистанции распознавания штрих-мир пациентами, имеющими различную остроту зрения (n=70). По оси абсцисс - дистанция распознавания в метрах, по оси ординат - острота зрения по таблице Головина-Сивцева.

Использование разработанных контрольных оптотипов позволяет повысить точность контрольного определения остроты зрения в целях экспертизы.

Разработка таблиц для контрольного определения остроты зрения с помощью оптотипов, имеющих сложный профиль оптической плотности

Зная угловые размеры оптотипов, симулянты легко пересчитывают их, вводя в заблуждение врача. Нами были разработаны контрольные таблицы на основе оптотипов, имеющих сложный профиль оптической плотности и различные пространственно-частотные спектры, а также различные дистанции распознавания при одинаковых геометрических размерах (патент РФ на полезную модель № 42410).

Разработанные таблицы для контрольного определения остроты зрения составлены из зрительных стимулов в виде многоконтурных колец Ландольта с разноориентированными разрывами, размещенных на сером фоне.

Профиль оптической плотности элементов, из которых построены оптотипы, оказывает существенное влияние на дистанцию их распознавания за счет разности в пространственно-частотном спектре. Внешне тест-объекты выполнены с заданным профилем в виде стандартных колец Ландольта, имеют одинаковые геометрические размеры, однако дистанции их распознавания исходно различны, но известны для остроты зрения 1,0.

...