Способ формирования равномерно рассеянного оптического излучения для стимуляции зрения и оптический стимулятор функции зрения

Изобретение относится к области медицинской техники, а именно к средствам для стимуляции зрительных функций. Способ формирования поля равномерно рассеянного оптического излучения для стимуляции зрения заключается в том, что лазерное излучение сначала рассеивают, а затем осуществляют отбор рассеянного излучения путем диффузного отражения. Причем способ осуществляют при помощи специально для этого предназначенным стимулятором зрения. При этом используют лазерное излучение видимого и/или инфракрасного диапазонов спектра, рассеяние и последующий отбор излучения осуществляют изогонально направлению распространения излучения, а поле зрения пациента ограничивают, предотвращая попадание в него как внешней засветки, так и не рассеянных лучей из области оптических осей излучателей. Изобретение позволяет улучшить формирование поля равномерно рассеянного оптического излучения. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретения относятся к способам и устройствам для лечения глаз и могут быть использованы для профилактики нарушений зрительных функций, снятия зрительной усталости и т.д.

Для многих приложений в медицине, в частности, для лечения и профилактики нарушений зрительных функций, особенно актуальной является задача формирования поля равномерно рассеянного излучения видимого и инфракрасного диапазонов спектра (Применение низкоэнергетического лазерного излучения для лечения пациентов с прогрессирующей близорукостью. Пособие для врачей. Московский НИИ глазных болезней им. Гельмгольца).

Известен способ улучшения зрительных функций (патент RU 2071301 C1, 1997.01.10), заключающийся в том, что на глаза пациента воздействуют световым излучением с длиной волны, лежащей в видимой области спектра, при этом на первый глаз указанное воздействие осуществляют мигающим световым излучением, причем на первый и второй глаз воздействуют световым излучением освещенностью 5-100 Лк и одинаковой длины волны, составляющей от 400 до 700 нм, при этом частота мигания светового излучения, которым воздействуют на первый глаз, составляет 0,06-1,0 Гц. Кроме того, на второй глаз воздействуют постоянным световым излучением. Также воздействие на оба глаза осуществляют попеременно одинаковым световым излучением.

Известный способ не учитывает индивидуальные особенности цветового восприятия разных глаз одного и того же пациента, а также возможности применения излучения не только видимого, но инфракрасного и смешанных спектральных диапазонов. Кроме того, не используется более высокочастотный диапазон миганий, например 1,0-30,0 Гц, считающийся перспективным для сеансов релаксации (Ассоциация прикладной психофизиологии. США, Даллас. 1991).

Эти недостатки ограничивают области применения известного способа.

Наиболее близким по назначению и достигаемому результату к заявляемому способу является способ, реализуемый в офтальмологическом лазерном спекл-стимуляторе (патент RU 2207607 C2, 2003.06.27), который принят в качестве прототипа.

Способ-прототип заключается в том, что излучение лазера сначала диффузно рассеивают, затем канализируют путем отражения от диффузной поверхности, охватывающей излучение вдоль его распространения, при этом рассеянное излучение в процессе канализации дополнительно пропускают через рассеивающий преломляющий элемент. Перед диффузным рассеиванием излучения осуществляют преобразование индикатрисы излучения лазера в форму с поперечным сечением более высокого порядка симметрии, например, в квадрат. Канализированное в данном направлении излучение дополнительно подвергают одному или нескольким последовательным диффузным рассеяниям путем его пропускания через диффузор (диффузоры).

Однако в способе-прототипе необходимо сильно ослаблять излучение, распространяющееся вдоль оптической оси лазера, поскольку наблюдение ведется вдоль этой оси навстречу излучению лазера, что приводит к большим потерям световой энергии, причем из-за недостаточности применения для этой цели предлагаемой канализирующей системы приходится вводить на пути излучения дополнительные рассеивающие преломляющие элементы, что делает способ-прототип недостаточно эффективным и малоэкономичным.

Лазерные стимуляторы зрения, известные как спекл-стимуляторы, выпускаются промышленностью и достаточно широко применяются в терапевтической практике.

Известны устройства, имеющие в своем составе гелий-неоновый лазер, излучение которого передается по световолоконному кабелю к специальной насадке, на которой фиксируется взгляд пациента (Ежеквартальное информационно-справочное обозрение “ОФТАЛЬМИНФО”. Вып.2, 3 квартал 1998. Научно-производственная фирма “ВИДА”).

В другом известном устройстве (авторское свидетельство SU 1639625 A1, 07.04.1991) излучение гелий-неонового лазера вводится через отверстие в полый шар с диффузно-отражающей поверхностью, а выводится через отверстие в плоскости оптической оси лазера, но смещенное от нее за пределы диаграммы направленности лазера, так что прямое излучение в глаза пациента попасть не может.

Однако указанные известные устройства имеют малоудовлетворительные технико-экономические и массогабаритные характеристики.

Лучшими технико-экономическими показателями обладают устройства, применяющие полупроводниковые лазеры (указанный ранее патент RU 2207607 C2).

Более эффективным является офтальмологический лазерный спекл-стимулятор по RU 2207607 C2, выбранный в качестве устройства-прототипа.

Устройство-прототип содержит полупроводниковый лазер, пропускающий диффузный рассеиватель светового потока, отражатель, внутренняя поверхность которого выполнена в форме тела вращения (усеченного конуса), расширяющегося в сечении, и матированный пропускающий экран, при этом рассеиватель светового потока установлен в малом основании отражателя, пропускающий экран - в его большом основании, а внутренняя поверхность отражателя выполнена диффузно отражающей.

В устройстве-прототипе используется весь лазерный луч, а не только осевая его область. Однако наблюдение ведется в направлении оси луча навстречу излучению лазера, что требует сильного ослабления прямого излучения. Применение для этой цели известной канализирующей системы недостаточно, и приходится вводить дополнительные рассеивающие преломляющие элементы, что делает устройство-прототип малоэффективным и малоэкономичным.

Задачей заявляемой группы изобретений является создание более эффективных, экономичных и удобных в применении способа и устройства формирования поля равномерно рассеянного оптического излучения, в том числе лазерного, для стимуляции зрения.

Соответственно ее техническим результатом является технический эффект, объективно проявляющийся при использовании устройства и способа и заключающийся в решении указанной задачи.

Технический результат достигается тем, что способ формирования поля равномерно рассеянного оптического излучения для стимуляции зрения, заключается в том, что лазерное излучение сначала рассеивают, а затем осуществляют отбор рассеянного излучения путем диффузного отражения, при этом, в отличие от ближайшего аналога, его осуществляют специально созданным для него стимулятором зрения, причем используют лазерное излучение видимого и/или инфракрасного диапазонов спектра, рассеяние и последующий отбор излучения осуществляют изогонально направлению распространения излучения, а поле зрения пациента ограничивают, предотвращая попадание в него как внешней засветки, так и не рассеянных лучей из области оптических осей излучателей.

Стимулятор зрения содержит первый источник лазерного излучения и преобразователь лазерного излучения с диффузным отражателем. В отличии от ближайшего аналога в него введен второй источник лазерного излучения, при этом первый и второй источники лазерного излучения имеют возможность синхронного или раздельного включения, излучение источников имеет видимый и/или инфракрасный диапазон спектра, преобразователь излучения выполнен в виде плоского световода, к противоположным торцам которого подключены лазерные источники, заполняющие своим излучением всю апертуру световода, на боковую поверхность световода, находящуюся в поле зрения пациента, нанесена поверхностная выводящая структура, равномерно рассеивающая излучение в направлениях изогональных его боковой поверхности, а диффузный отражатель размещен за преобразователем излучения и осуществляет диффузное отражение рассеянного излучения через преобразователь к пациенту, перед преобразователем излучения размещен ограничитель светового поля, предотвращающий попадание в поле зрения пациента лучей, не рассеянных оптическим преобразователем и диффузным отражателем, источники излучения, преобразователь лазерного излучения, диффузный отражатель, ограничитель светового поля помещены в специальную анатомическую оправу, ограничивающую поле зрения пациента от внешней засветки.

Перечисленная совокупность существенных признаков стимулятора зрения достаточна для достижения технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.

В частных случаях своего выполнения или использования стимулятор может иметь поверхностную выводящую структуру, выполненную в виде дифракционной решетки или напыленного диффузного слоя, имеющих линейно нарастающие вдоль данных структур характерные параметры, от нулевого значения на входе излучения с коэффициентом пропорциональности, равным 10^-3.

Стимулятор также может содержать ограничитель светового поля, выполненный в виде рамы; непрерывные источники лазерного излучения или модулированные источники лазерного излучения с основной частотой модуляции 0,1-30,0 Гц, либо кратными им частотами модуляции, либо набором частот, изменяющихся по специальным алгоритмам.

Источники лазерного излучения, например диоды, могут быть электрически соединены с источником питания через платы обеспечения функционирования источников лазерного излучения.

Устройство может содержать специальную анатомическую оправу в виде закрытой маски, имеющей носовую опору и заушники.

Благодаря предложенной совокупности признаков, лазерное излучение с резко неравномерным распределением интенсивности в поперечном сечении луча преобразуется в равномерно рассеянное излучение, с изогональным направлением распространения по отношению к первоначальному. Линейный размер поля рассеяния определяется размерами поверхности выводящей структуры. При этом в поле зрения наблюдателя находится поле спеклов, угловое разрешение которых возрастает по мере удаления от поверхностной выводящей структуры.

В случае луча лазера поле равномерно рассеянного излучения, направляемого выводящей поверхностной структурой будет состоять из спеклов, являющихся результатом интерференции когерентных волн, рассеянных микронеровностями структуры, угловое разрешение которых зависит от расстояния глаз пациента до структуры, т.е. от того, в какой зоне (ближней или дальней) поля расположен зрительный орган.

В отличие от способа-прототипа, в заявляемом изобретении наблюдение равномерно рассеянного излучения осуществляется не вдоль оптической оси источника, а изогонально, что полностью устраняет необходимость ослабления осевого излучения и изменения его индикатрисы с помощью дополнительных рассеивающих преломляющих элементов и позволяет значительную часть световой энергии источника перевести в равномерно рассеянное излучение.

Сущность группы изобретений поясняется чертежом, где изображена схема стимулятора зрения.

В предпочтительном случае реализации лазерный стимулятор зрения содержит: анатомическую маску 10, шунтирующую внешнюю засветку и являющуюся одновременно несущим конструктивом для остальных функциональных элементов устройства, два лазерных диода красного либо инфракрасного диапазона спектра 1, два радиатора лазерных диодов 3, предназначенных для охлаждения лазерных диодов, две платы управления 2, обеспечивающих функционирование лазерных диодов, блок управления и питания лазерных диодов 12, связанный электрическим кабелем 11, с платами управления 2, два узла крепления 4, обеспечивающих присоединение лазерных диодов к преобразователю излучения, который, в свою очередь, состоит из плоского световода 5, передающего излучение лазерных диодов в поле зрения пациента и выводящей поверхностной структуры 6, равномерно рассеивающей излучение лазерных диодов изогонально направлению распространения излучения внутри световода, диффузного отражателя 7, отражающего рассеянное излучение в направлении наблюдателя, ограничителя светового поля 8, препятствующего попаданию в поле зрения пациента любых лучей, не прошедших рассеяние через поверхностную выводящую структуру 6, две гибкие заушные опоры 9, обеспечивающие в сочетании с носовой опорой анатомической маски 10 надежную фиксацию устройства на голове пациента.

Выводящие поверхностные структуры имеют характерные параметры, линейно нарастающие вдоль структур от нулевого значения на входе излучения с малым коэффициентом пропорциональности (равным примерно 10^-3). Такими характерными параметрами являются: глубина штриха для рельефных или изменение показателя преломления для модуляционных дифракционных решеток; плотность напыленного диффузного слоя для хаотических структур.

Указанный частный случай реализации стимулятора зрения работает следующим образом.

Пациент надевает устройство на голову, осуществляя подгонку с помощью заушников 9 и носовой опоры анатомической маски 10, выбирает удобное положение (сидя или лежа), режим работы (непрерывный или импульсный) и включает источник питания 12. Лучи двух лазерных диодов 1 проходят внутрь планарного световода 5, возбуждая в нем световое поле, которое направляется в сторону глаз пациента с помощью выводящих поверхностных структур 6 и диффузного отражателя 7, причем излучение из областей оптических осей экранируется ограничителем светового поля 8, в результате чего в поле зрения пациента попадает только рассеянное излучение. Биостимулирующий эффект, действующий при наблюдении поверхностных выводящих структур 6, улучшает кровоснабжение органа зрения, повышает световую чувствительность здоровых глаз, расслабляет психоэмоциональную сферу пациента, что приводит к снятию или уменьшению зрительного утомления.

Заявляемое устройство изготовлено в виде макетов, в которых применены полупроводниковые лазеры красного диапазона спектра мощного излучения 3-5 мВт.

Планарный световод изготовлен из оптически прозрачного полистирола, диффузный отражатель - из диффузно отражающего пластика, а ограничитель поля выполнен из непрозрачного поливинилхлорида. Выводящая поверхностная структура формировалась путем создания регулярного рельефа методом термопрессования с глубиной штрихов, линейно нарастающей вдоль структуры, с коэффициентом пропорциональности, равным примерно 10^-3 от нулевого значения на входе. Выводящая поверхностная структура имеет площадь около 40 см². Дополнительные рассеивающие преломляющие оптические элементы не применялись.

Световая нагрузка на органы зрения при расходимости излучения, составляющей примерно 1,0 рад, значительно меньше значения ПДУ хронического воздействия лазерного излучения красного диапазона спектра.

Для достижения положительного эффекта, уменьшения зрительного утомления проводят 10-12 процедур длительностью 3-5 мин.

1. Способ формирования поля равномерно рассеянного оптического излучения для стимуляции зрения, заключающийся в том, что лазерное излучение сначала рассеивают, а затем осуществляют отбор рассеянного излучения путем диффузного отражения, отличающийся тем, что его осуществляют стимулятором зрения по п.2, при этом используют лазерное излучение видимого и/или инфракрасного диапазонов спектра, рассеяние и последующий отбор излучения осуществляют изогонально направлению распространения излучения, а поле зрения пациента ограничивают, предотвращая попадание в него как внешней засветки, так и нерассеянных лучей из области оптических осей излучателей.

2. Стимулятор зрения содержит первый источник лазерного излучения и преобразователь лазерного излучения с диффузным отражателем, отличающийся тем, что в него введен второй источник лазерного излучения, при этом первый и второй источники лазерного излучения имеют возможность синхронного или раздельного включения, излучение источников имеет видимый и/или инфракрасный диапазон спектра, преобразователь излучения выполнен в виде плоского световода, к противоположным торцам которого подключены лазерные источники, заполняющие своим излучением всю апертуру световода, на боковую поверхность световода, находящуюся в поле зрения пациента, нанесена поверхностная выводящая структура, равномерно рассеивающая излучение в направлениях, изогональных его боковой поверхности, а диффузный отражатель размещен за преобразователем излучения и осуществляет диффузное отражение рассеянного излучения через преобразователь к пациенту, перед преобразователем излучения размещен ограничитель светового поля, предотвращающий попадание в поле зрения пациента лучей не рассеянных оптическим преобразователем и диффузным отражателем, источники излучения, преобразователь лазерного излучения, диффузный отражатель, ограничитель светового поля помещены в анатомическую оправу, ограничивающую поле зрения пациента от внешней засветки.

3. Стимулятор по п.2, отличающийся тем, что поверхностная выводящая структура выполнена в виде дифракционной решетки или напыленного диффузного слоя, имеющие характерные параметры, линейно нарастающие вдоль структур.

4. Стимулятор по п.2, отличающийся тем, что ограничитель светового поля выполнен в виде рамы.

5. Стимулятор по п.2, отличающийся тем, что содержит непрерывные или модулированные источники лазерного излучения с основной частотой модуляции 0,1-30,0 Гц, либо кратными им частотами модуляции, либо набором изменяющихся.

6. Стимулятор по п.2, отличающийся тем, что источники лазерного излучения, например диоды, электрически соединены с источником питания через платы обеспечения функционирования источников лазерного излучения.