Способ определения степени зрительного утомления

 

Изобретение относится к области медицины, а именно к способам для исследования глаз. Изобретение предназначено для определения степени зрительного утомления путем подачи в поле зрения испытуемого потока мелькающего света постоянной частоты и плавного изменения амплитуды мельканий. При этом первоначально подают поток постоянного света так, что он воздействует на центральную часть сетчатки глаза. Экранируют поле зрения от других световых потоков. Делают выдержку продолжительностью от 5 до 7 мин для адаптации зрения. Затем подают поток мелькающего света так, что он воздействует на центральную часть сетчатки глаза, и суммируют с потоком постоянного света. При этом плавное изменение амплитуды мельканий производят от нуля до величины, при которой мелькание света станет заметным испытуемому. Степень зрительного утомления определяют на основании соотношения между значениями амплитуд мельканий для глаза в отдохнувшем и утомленном состоянии. Изобретение позволяет повысить точность измерений и обеспечить щадящий режим проведения испытаний.

Изобретение относится к технике измерения психофизиологических характеристик и касается способа определения степени зрительного утомления.

Известен способ определения степени зрительного утомления, предусматривающий подачу в поле зрения испытуемого потока мелькающего света с плавно изменяемой частотой (см., например, Деревянко В.А. и др. "Интегральная оценка работоспособности при умственном и физическом труде", М., 1976, с. 76). Этот способ имеет недостатки: низкую точность, большой разброс данных и большое количество измерений для оценки степени зрительного утомления. Кроме того, использование этого способа связано с затруднениями при сравнении данных, полученных различными исследователями и для различных испытуемых. Перечисленные недостатки связаны в значительной степени с тем, что в процессе испытаний не предусмотрено ограничений в световых потоках, полях зрения испытуемых, а также ввиду небольших величин сдвига абсолютных значений критической частоты слияния мельканий в зависимости от степени утомления. Вместе с тем известно (см., например, А.В.Луизов. "Глаз и свет". Л.: Энергоатомиздат, 1983, с. 89-90), что критическая частота слияния мельканий зависит от многих факторов, в частности, от частоты мельканий, яркости светового потока, углового размера поля зрения, глубины модуляции яркости при мельканиях (амплитуды модуляций) и др. Кроме того, световая чувствительность сетчатки глаза в зависимости от удаленности от центра глаза существенно различна (см. , там же, с. 37-53), а ее рабочая зона, как правило, ограничена, особенно у испытуемых, характер профессиональной деятельности которых связан с операторским трудом, например, у операторов военно-технических комплексов, авиаторов и др.

Известен способ определения степени зрительного утомления, предусматривающий подачу в поле зрения испытуемого потока мелькающего света изменяемой частоты и одновременно подают поток ровного света, сравнивают его с потоком мелькающего света и определяют момент, когда световые потоки будут казаться испытуемому одинаково светящимися. Этот способ позволяет произвести измерения более точно, поскольку предоставляет возможность ориентироваться на эталонный (ровный) поток света. Однако помещение в поле зрения испытуемого одновременно двух источников с разными характеристиками, непрерывное их сравнение и слежение за ними - рассеивают внимание испытуемого и не дают в полной мере обеспечить и точность, и достоверность оценки. Кроме того, яркость второго источника (с ровным потоком света) суммируется с яркостью первого и вызывает дополнительную погрешность (см. там же, с. 85-87, 117-121).

Известен способ определения степени зрительного утомления путем подачи в поле зрения испытуемого потока мелькающего света и измерения критической частоты слияния мельканий, воспринимаемой одним глазом (см., например, авторское свидетельство СССР 673266, кл. А 61 В 5/16, 1977). По этому способу дополнительно измеряют критическую частоту слияния мельканий, воспринимаемую другим глазом, и по разности получаемых величин определяют степень утомления. Этот способ, в отличие от предыдущих, предусматривает определение усталости не только зрительного аппарата, но и всего человека. Это оправдано, поскольку в формировании зрительных образов участвует не только глаз непосредственно, но и мозг (см., например, А.В.Луизов. "Глаз и свет". Л.: Энергоатомиздат, 1983, с. 52-53), а ограничение поля зрения одним глазом испытуемого увеличивает в общей оценке вес именно рабочей зоны сетчатки, что приближает оценку утомления к реальной. Однако этого приближения не достаточно, поскольку поле зрения одного глаза достаточно велико, например, в горизонтальной плоскости оно составляет около 150^o (см., там же, с. 53-55), и рабочая зона поля зрения, как правило, значительно меньше. Особенно это относится к тем профессиональным работникам, деятельность которых связана с оптическими приборами, и прежде всего с монокулярными приборами (микроскопами, телескопами, различного рода визирами, прицельными устройствами и др.). В этих случаях основную рабочую нагрузку воспринимает на себя центральная часть сетчатки, угловой размер которой составляет единицы градусов. Учитывая угловые размеры подавляющего большинства типовых объектов, находящихся в пространстве предметов, с которыми контактирует зрительный аппарат глаза через оптический прибор, а также вероятности их отклонения от зрительной оси, можно определить угловой размер наиболее нагруженной части сетчатки глаза, который не превышает 3^o. Поэтому применение в этих случаях способа по а.с. 673266 дает завышенный результат, из-за участия в испытании как "уставших", так и "не уставших" частей сетчатки глаза.

Еще более завышается оценка для наводчиков-операторов вооружения, особенно вооружения боевых наземных машин, для которых предъявляются требования стрельбы с ходу, в условиях значительных колебаний и вибраций корпуса и вооружения. Необходимость выполнения функций по слежению прицельной маркой за малоразмерными целями в условиях пыледымовых и световых помех, в условиях постоянно меняющихся яркостей, фона, цели и прицельной марки вызывает повышенную напряженность зрительного аппарата наводчика-оператора, что очень часто приводит к потере цели или прицельной марки, а вместе с этим существенно снижает эффективность стрельбы. Непрерывное слежение за малоразмерной прицельной маркой уменьшает наиболее нагруженную часть сетчатки глаза до нескольких десятых градуса. Использование известных способов в этом случае для оценки зрительных аппаратов наводчиков-операторов практически не дает достоверного результата, так как работает одна незначительная часть зрительного аппарата (0,1-0,3) градуса, а оценивается совсем другая.

Известен также способ определения степени зрительного утомления, принятый в настоящем решении за прототип и предусматривающий подачу в поле зрения испытуемого потока мелькающего света постоянной частоты (см., например, авторское свидетельство СССР 735241, кл. А 61 В 5/16, 1978).

В этом способе плавно изменяют амплитуду мельканий при постоянной частоте светового потока и определяют ее величину, при которой мелькающий свет станет казаться ровным и по которой судят о степени зрительного утомления. Постоянная частота принимается в диапазоне 10-20 Гц, а амплитуду мельканий плавно уменьшают. При этом первоначально выбирают амплитуду светового потока, изменяющейся на 100%, затем ее величину плавно уменьшают до тех пор, пока испытуемому свет станет казаться ровным.

Степень зрительного утомления определяется по разнице между амплитудами светового потока, воспринимаемым неутомленным и утомленным глазом, и будет тем больше, чем значительнее эта разница. Этот способ позволяет в некоторой степени повысить точность определения степени зрительного утомления, что способствует улучшению условий труда и более рациональному распределению режима труда и отдыха.

Однако этот способ также имеет недостатки. Как и в предыдущих решениях, в нем не предусмотрена предварительная адаптация зрения к подаваемому световому потоку, что не позволяет получить достоверный результат и желаемую комфортность условий при проведении испытаний. Известно (см., например, А.В. Луизов. "Глаз и свет". Л.: Энергоатомиздат, 1983, с. 48-53), что на световую адаптацию требуется не менее нескольких минут. Это объясняется тем, что при изменении уровня яркости поля зрения автоматически включается целый ряд механизмов, которые и обеспечивают адаптационную перестройку зрения. Поэтому значения характеристик, полученных при неадаптированном зрении, могут в несколько раз отличаться от действительных и между собой (см., например, там же, с. 52-53). Ситуация усугубляется еще и тем, что подача раздражающего фактора (потока мелькающего света) начинается сразу со 100% изменения амплитуды, и только потом она плавно уменьшается. В этом случае в поле зрения неизбежно появление пятен с яркостью, значительно отличающейся от яркости адаптации, вызывающее неприятные ощущения, дискомфорт (см., например, там же, с. 119-121).

Цель изобретения - повышение точности определения степени зрительного утомления и комфортности при испытаниях.

Поставленная цель достигается тем, что в способе определения степени зрительного утомления путем подачи в поле зрения испытуемого потока мелькающего света постоянной частоты и плавного изменения амплитуды мельканий первоначально подают поток постоянного света и совмещают его со зрительной осью глаза, экранируют поле зрения от других световых потоков и делают выдержку продолжительностью 5-7 минут для адаптации зрения, затем подают поток мелькающего света, совмещают его со зрительной осью глаза и суммируют с потоком постоянного света, при этом плавное изменение амплитуды мельканий производят от нуля до величины, при которой мелькание света станет заметным испытуемому, а степень зрительного утомления определяют в соответствии с выражением (1) где Δ - степень зрительного утомления; a_M1 - значение амплитуды мельканий, полученное для глаза в его исходном (отдохнувшем) состоянии; a_M2 - значение амплитуды мельканий, полученное для глаза при его зрительном утомлении.

Заметность мельканий зависит от многих факторов (см., например, А.В.Луизов. "Глаз и свет". Л.: Энергоатомиздат, 1983, с. 89-90), в частности, от частоты мельканий, яркости наблюдаемой картины, углового размера поля зрения, глубины модуляций яркости при мельканиях (амплитуды модуляций) и др. Дать единую формулу, определяющую одну из характеристик в зависимости от остальных факторов в настоящее время пока не представляется возможным. Однако для частных случаев при определенных допусках и ограничениях такие зависимости получены. Например, для критической частоты слияния мельканий получены выражения (см. там же, с. 89-90): ν_кр = 12,4lg a_ммL+39,5, где ν_кр - критическая частота слияния мельканий; a_мм - амплитуда модуляций мельканий; L₁ и L₂ - максимальная и минимальная яркость при мельканиях. В простейшем случае L₂=0 и a_MM = 1 (100%). Эти зависимости подтверждают возможность достижения слияния мельканий путем изменения их амплитуды. Однако при резком изменении яркости при мельканиях происходит разрыв между характеристиками светового потока и состоянием зрительной системы. Чтобы снизить отрицательное воздействие этого явления, необходимо предоставить возможность зрительной системе адаптироваться и только затем формировать поток мелькающего света.

Для проведения исследования в поле зрения испытуемого подают поток постоянного (ровного) света и совмещают его со зрительной осью глаза испытуемого. Дают возможность в течение некоторого времени зрительному аппарату испытуемого адаптироваться к поданному потоку. В зависимости от яркости света временной диапазон для адаптации изменяется в пределах нескольких минут. Исследования показывают, что "... минут через пять световая чувствительность человеческого зрения приходит в полное соответствие с окружающей яркостью, что и обеспечивает нормальную работу глаза в новых условиях..." (см., например, А.В.Луизов. "Глаз и свет". Л.: Энергоатомиздат, 1983, с. 48-53).

С учетом различия характеристик зрительных аппаратов разных испытуемых временной диапазон для адаптации целесообразно принять равным 5-7 минут. Поэтому выдержка для адаптации зрения к поданному потоку постоянного света принимается в пределах 5-7 минут, в зависимости от особенностей зрительного аппарата испытуемого. При этом поле зрения экранируют от других световых потоков. У наводчиков-операторов это легко достигается перекрытием входного окна соответствующего прибора (прицела, прибора наблюдения и др.). По истечении времени адаптации подают поток мелькающего света, плавно изменяя амплитуду мельканий от нуля до величины, при которой мелькание света станет заметным испытуемому. Эта процедура неоднократно повторяется как для неутомленной, так и для утомленной зрительной системы. Такое суммирование позволяет модулировать поток постоянного света. Первоначально значение амплитуды потока мелькающего света близко к нулю и несоизмеримо меньше значения уровня потока постоянного света. Поэтому испытуемый не замечает мельканий, адаптация глаза не нарушается и комфортность условий проведения испытаний сохраняется. Затем амплитуду мельканий изменяют плавно с такой скоростью, чтобы не создавать глазу испытуемого неприятных ощущений. При достижении амплитудой мельканий величины, при которой мелькание света становится заметным испытуемому, изменение амплитуды мельканий прекращают, а ее значение фиксируют. Эта процедура неоднократно повторяется как для неутомленной, так и для утомленной зрительной системы. Степень зрительного утомления определяют с использованием выражения (1), позволяющего выразить степень зрительного утомления в процентах к исходному (неутомленному).

Применение предлагаемого способа определения степени зрительного утомления позволяет повысить точность и достоверность определяемых характеристик. Подача в поле зрения испытуемого первоначально потока постоянного света и выдержка продолжительностью 5-7 минут позволяет адаптироваться зрительной cистеме к условиям испытания и исключить неприятные ощущения. Подача потоков постоянного, а затем и мелькающего света, совмещенными со зрительной осью, приводит к их воздействию на самую нагруженную часть сетчатки глаза, на ее центральную часть. То есть, на ту часть сетчатки, которая в наибольшей степени устает в повседневной деятельности и которая определяет результат этой деятельности. Опрос большой группы специалистов (более 30 человек) показал, что в вечернее время (после рабочего дня) эффективность их зрительного аппарата (центральной его части) существенно уменьшается, а мелькающий поток света легче воспринимается боковым зрением, чем центральным. Поэтому участие бокового зрения в процессе определения зрительной усталости "размывает" результат, делает его менее достоверным. А исключение бокового зрения из процесса определения зрительной усталости повышает достоверность результата. Повышению достоверности результатов способствует и экранирование поля зрения глаза от других световых потоков, поскольку, с одной стороны, экранируется боковое зрение, а с другой - исключаются изменения и флуктуации характеристик потока мелькающего света (см., например, Луизов А.В. "Глаз и свет". Л.: Энергоатомиздат, 1983, с. 83-87, 117-124), обусловленных способностью зрения суммировать во времени воздействие входящих в глаз нескольких световых потоков и вместе с этим ограниченностью этой способности. Использование для определения степени зрительного утомления математического выражения (1), позволяет устранить недостатки из-за небольших величин сдвига абсолютных значений критической частоты слияния мельканий в зависимости от степени утомления и перейти к более удобным единицам измерения (%), позволяющим к тому же проводить сравнительную оценку испытуемых между собой.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет более точно (более, чем на 20%) и достоверно оценивать степень зрительного утомления испытуемых и прогнозировать изменение их производственных (профессиональных) показателей, особенно, если испытуемые выполняют операторские функции с использованием монокулярных оптических приборов. Кроме того, процедура исследования в этом способе обеспечивает более щадящий режим для зрительной системы. Раннее и более точное прогнозирование утомления зрительного аппарата в конечном итоге позволяет своевременно предупреждать нежелательные действия испытуемых, их ошибки, вызванные зрительным утомлением, а также избегать травмирования зрительного аппарата, сохранять его характеристики и долголетие.

Формула изобретения

Способ определения степени зрительного утомления путем подачи в поле зрения испытуемого потока мелькающего света постоянной частоты и плавного изменения амплитуды мельканий, отличающийся тем, что первоначально подают поток постоянного света и совмещают его со зрительной осью глаза так, что он воздействует на центральную часть сетчатки глаза, экранируют поле зрения от других световых потоков и делают выдержку продолжительностью 5-7 мин для адаптации зрения, затем подают поток мелькающего света, совмещают его со зрительной осью глаза так, что он воздействует на центральную часть сетчатки глаза, и суммируют с потоком постоянного света, при этом плавное изменение амплитуды мельканий производят от нуля до величины, при которой мелькание света станет заметным испытуемому, а степень зрительного утомления определяют в соответствии с выражением
где Δ - степень зрительного утомления;
a_M1 - значение амплитуды мельканий, полученное для глаза в его исходном (отдохнувшем) состоянии;
а_M2 - значение амплитуды мельканий, полученное для глаза при его зрительном утомлении.