Метод и аппаратура для выявления аномалий

НАЗВАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ:
МЕТОД
И
АППАРАТУРА
ДЛЯ
ВЫЯВЛЕНИЯ
ПРОСТРАНСТВЕННОГО ВОСПРИЯТИЯ
АНОМАЛИЙ
ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Рассматриваемое
изобретение
относится
к
области
нейрофизиологии, психофизиологии и нейрофизиологии мозга, точнее 
состоит в разработке метода и аппаратуры для выявления аномалий
пространственного восприятия, которые могут быть вызваны
нарушением работы мозга и его повреждениями, стрессами, усталостью
и психологическими травмами
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Хорошо известно, что некоторые врожденные дефекты,
расстройства или повреждения вызывают аномалии пространственного
восприятия и ослабление внимания. У работников некоторых
специальностей это
может вызывать настолько серьезные
производственные ошибки, что их профессиональная деятельность
становится невозможной.
Представителями таких профессий,
требующих особого внимания, являются летчики, диспетчеры
аэропортов, водители автотранспорта и пр.
Проблемы,
связанные
с
аномалией
пространственного
восприятия, касаются не только тех профессий, где потеря внимания
может привести к возникновению угрожающих ситуаций и даже к
фатальным последствиям.
Эти проблемы проявляются и в
повседневной жизни: во время учебы, при работе с механическими
инструментами, при написании компьютерных программ, с ними также
сталкиваются руководящие работники. Из этого следует, что в разных
областях человеческой деятельности чрезвычайно важным является
тестирование пригодности отдельных лиц для определения их
профессиональной пригодности к выполняемым ими видам работ.
Изобретенные
метод
и
аппаратура
служат
надежным
инструментом для тестирования детей, например, с ослаблением
внимания при гиперактивности (ADHD). Ныне известно много методов и
приспособлений для тестирования умения людей ориентироваться в
пространстве для определения их пригодности к определенному виду
деятельности или профессии.
В 1990 году Т. Хатчинсон получил патент США № 4 973 149 на
систему регистрации движения глаза, в которой применялся ИКсветодиод, прикрепленный соосно к фронтальной поверхности
объектива видеокамеры, чувствительной к инфракрасному излучению.
Эта система позволяла дистанционно строить изображение глаза
оператора, работающего за компьютером. Отраженный свет вызывает
своеобразный эффект внутри глаза, благодаря чему зрачок кажется
более ярким, чем другие детали, и при этом появляется еще более яркое
небольшое световое пятно, вызванное отражением света от роговицы 
световой блик.
Программа компьютера выполняет графическую
обработку полученного видеоизображения, переводит его в числовую
форму, строя пиксельную матрицу, и анализирует эту матрицу. Анализ
изображения с использованием специального алгоритма позволяет
определить положение центра зрачка и положение блика друг
относительно друга и по этой разнице определить, куда направлен
взгляд оператора.
Если в условленный момент времени взгляд
оператора попадает на изображение в выделенной части экрана
монитора, то эта область выделяется, что приводит в действие другие
устройства или же создает на экране дополнительное изображение.
Патент США № 5 555 895, выданный в 1996 году Э. Ульмеру и
др., описывает процесс и устройство для анализа движения глаза или
обоих глаз пациента, будь то человек или животное. Устройство
включает первую и вторую видеокамеры, причем обе они установлены
на платформе с ручками и жестко скреплены друг с другом, образуя
часть сменного модуля; при этом точки визирования объектов съемки
расположены близко друг к другу. Область технического применения
этого изобретения  изготовление устройств, предназначенных для
измерения движений глаза.
Патент США № 5 422 690, выданный в 1995 году М. Ротбергу и
др., содержит описание устройства для тестирования степени
ослабления зрительной способности. Устройство представляет собой
автономный экранный тест для установления факта, имеются ли у
субъекта нарушения физического характера. Тестирующее устройство
полностью автоматизировано и вводится в действие после того, как
испытуемый наберет на клавиатуре компьютера код персонального
идентификатора. Путем совмещения двух разных цветных световых
пятен, которые видны через окуляр прибора, испытуемый наводит свой
зрачок на оптическую ось изображения своего зрачка в оптике прибора,
которая фокусирует изображение зрачка субъекта на фокальную
плоскость. Тестирующее устройство автоматически распознает это
состояние, и звуковой сигнал оповещает испытуемого о начале
процедуры тестирования. В глаз подаются световые импульсы, которые
вызывают изменение размеров зрачка и заставляют его двигаться.
После возбуждения глаза осевым лучом проводятся измерения
диаметра зрачка на изображениях зрачка испытуемого. Регистрация
положения
глаза,
которым
субъект
следит
за
движением
стимулирующего светового луча, позволяет фиксировать движение глаз.
Данные,
полученные
путем
измерений
диаметра
зрачка
и
скачкообразных движений глаза субъекта в функции времени,
сравниваются с исходными сведениями о субъекте, которые хранятся в
базе данных, после чего делается вывод об отклонении данных текущих
измерений от исходных.
Патент США № 5 668 622, выданный в 1997 году К. Шарбонье,
описывает устройство, предназначенное для измерения положения
точки фиксации взгляда (точка Р') на видеоэкране. Устройство включает
в себя передвижной штатив, расположенный близко к глазу, на котором
первая осветительная лампа и видеокамера закреплены на таком
расстоянии, чтобы получалось изображение всего глаза, и удаленный от
глаза штатив, на котором напротив глаза установлен видеоэкран, а
также множество источников света, освещающих глаз в промежутках
между световыми импульсами, посылаемыми от первой лампы.
Источники расположены вокруг видеоэкрана, и свет от них создает на
роговице глаза отраженные блики. В устройство также входят средства,
предназначенные для обработки изображений глаза. Изобретатель,
кроме того, разработал метод освещения глаза короткими вспышками,
каждая из которых излучается в момент окончания получения
изображения, а также разработал способ применения устройства для
показа ни видеоэкране изображений, которые изменяются в
соответствии с движениями глаза там, где вокруг точки фиксирования
взгляда Р' расположена зона высокого разрешения (Z), а также
разработал способ перемещения этой зоны в соответствии с
движениями самого глаза.
Однако ни одно из упомянутых выше или известных изобретений
не представляет собой универсальный метод или прибор, способный
тестировать пациента относительно аномалий его пространственного
восприятия по принципу, основанному на применении двух экранов для
детектирования специфических отклонений от нормального восприятия
объектов, двигающихся или неподвижных, расположенных как вблизи,
так и на удалении.
Кроме того, ни одно из упомянутых выше
запатентованных устройств не позволяет провести полный анализ
статических и динамических явлений, которые имеют место при
пространственном восприятии, когда речь идет о переключении взгляда
с близко расположенного объекта на удаленный и наоборот.
КРАТКИЙ ОБЗОР ИЗОБРЕТЕНИЯ
Цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы предоставить
универсальный метод и аппаратуру для тестирования лиц относительно
аномалий их пространственного восприятия, используя два экрана, один
из которых расположен в поле ближнего обзора, а другой установлен на
удалении, и регистрируя характер движения зрачков глаз при
отслеживании неподвижных или движущихся объектов на экране
ближнего плана, на экране далекого плана, на обоих экранах, а также
при переводе взгляда с одного экрана на другой. Другая цель
упомянутого выше метода и соответствующего оборудования
преследует возможность регистрировать аномалии пространственного
восприятия, которые не могут быть детектированы другими известными
методами или аппаратурой. Еще одна цель изобретения  разработка
метода и аппаратуры для определения пригодности разных лиц к
выполнению профессиональных обязанностей, особенно у лиц тех
профессий, которые сопряжены с высоким риском. И еще одна цель
изобретения  обеспечить тестирование отдельных лиц относительно их
пространственного восприятия путем сравнения полученных данных с
информацией в персонифицированных базах данных, составленных как
для особых видов деятельности, так и для отдельных индивидуумов.
Подлежащий тестированию пациент сидит в кресле, голова его
зафиксирована таким образом, что пациент может следить за
перемещением объекта только глазами. Этот объект может быть
световым сигналом любой формы с достаточной яркостью. Световой
сигнал сначала проектируется на ближний экран, расположенный в поле
ближнего обзора. По мере того, как зрачок глаза наблюдателя следует
за перемещающимся световым сигналом, аппаратура регистрирует
движение глаза посредством сенсоров изображения. Такие измерения
выполняются отдельно при наблюдении ближнего и дальнего полей
обзора. В случае необходимости, без изменения положения головы
наблюдателя и не прерывая процесс регистрации движения глаза,
проекция светового сигнала переключается на экран дальнего обзора,
расположенный в упомянутом дальнем поле. Движения каждого глаза и
изменения размеров зрачков регистрируются в каждом случае отдельно
и результаты регистрации могут быть записаны в память компьютера,
после чего возможно сравнение записей для обоих глаз, а также
сравнение с ранее полученными записями с целью определения
динамики изменений, характеризующих пространственное восприятие
наблюдателя. Траектории светового сигнала могут быть разными и
специально подбираться для диагностики различных нарушений
пространственного восприятия или для других целей.
В частности,
примеры
нормального восприятия сравниваются с образцами
аномального восприятия, и такое сравнение дает возможность четко
выявить присутствие нарушений или характер их прогрессирования.
Вышеупомянутый
метод
реализован
с
использованием
разработанной аппаратуры, которая состоит из:
приспособления для фиксации головы наблюдателя; прозрачного
близкого экрана, расположенного в поле ближнего обзора на небольшом
удалении от предполагаемого положения глаз наблюдателя так, что
горизонтальная ось проходит точно через глаз наблюдателя и центр
ближнего экрана; удаленного экрана, который может быть прозрачным
или непрозрачным, расположенного в поле дальнего обзора на удалении
от глаза наблюдателя и находящегося на одной линии с ближним
экраном; датчика изображения (сенсора) для регистрации положения
зрачка глаза наблюдателя; устройства для создания изображения на
ближнем экране; устройства для создания изображения на дальнем
экране; накопителя информации и системы обработки данных;
индикатора
данных
или
устройства
отображения.
Место
приспособления для фиксации положения головы можно менять по
необходимости, а экраны могут быть разного профиля, например,
сферического, параболического или иной формы.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На рисунке 1 представлен схематический вид установки сбоку.
На рисунке 2 показана овальная траектория светового пятна на экране и
ассоциированная с ней траектория движения зрачка.
На рисунке 3 показан нистагм (непроизвольное движение глаза),
который отмечается в случае аномалии пространственного восприятия в
тесте, показанном на рисунке 2.
Рисунок 4 воспроизводит
другую аномалию пространственного
восприятия (ср. с тестом на рисунке 2), проявляющуюся как движение
зрачка наблюдателя по хорде (вместо движения по овалу).
Рисунок 5, а иллюстрирует тестирование при линейном перемещении
светового пятна в прямом и обратном направлениях; а на рисунке 5, в
показана аномалия, проявляющаяся как неожиданный перескок взгляда
вверх и вниз; на рисунке 5, с показана криволинейная траектория
движения зрачка, который отслеживает линейное перемещение
светового пятна. На рисунке 5, d показан нистагм, который может
отмечаться при тестировании по методу, представленному на рисунке 5,
а.
На рисунке 6 схематически представлен результат тестирования при
быстром переключении изображения между двумя экранами.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Это изобретение базируется на общих знаниях из области
физиологии человека и на личных наблюдениях изобретателя,
состоящих в том, что
визуальное восприятие каждого человека
использует изображения ближнего и дальнего планов, которые
существуют независимо от нашего сознания. Например, при чтении книг
или при взгляде на клавиатуру компьютера человек пользуется полем
ближнего обзора.
Автор изобретения установил, что у взрослого
человека поле ближнего обзора расположено на расстоянии от 30 до 60
см от глаза и центр поля ближнего обзора находится обычно ниже
горизонтальной
плоскости,
проходящей
через
зрачок
глаза
наблюдателя, например, на 15 ниже горизонтальной плоскости. Поле
дальнего обзора простирается от границ поля ближнего обзора до
бесконечности, т.е. от 40-60 см до бесконечности. Примеры пользования
полем дальнего обзора  это наблюдение за дорогой во время
движения, вид доски в учебном классе, слежение за футбольным полем,
рассматривание
пульта
управления
полетами
в
помещении
авиадиспетчера или изображения схемы управления работой атомной
электростанции и т.п.. Обычно наблюдатель не может одновременно
четко видеть объекты, расположенные в разных полях, и переключение
зрения с одного поля на другое изменяет так называемую плоскость
аккомодации и угол наблюдения.
Процессы визуального восприятия объектов, расположенных в
поле ближнего дальнего обзоров (далее называемых соответственно
"ближним" и "дальним " полем), различны и имеют сложную
психофизиологическую
природу.
Если
рассматривать
психофизиологические процессы, которые имеют место при наблюдении
объектов, то всех людейи можноусловно разделить на следующие 4
категории:
1) люди с нормальным пространственным восприятием объектов,
расположенных как в ближнем, так и в дальнем поле;
2) люди с нормальным пространственным восприятием объектов,
расположенных в ближнем поле, но с аномальным восприятием
объектов в дальнем поле;
3) люди с нормальным пространственным восприятием объектов,
расположенных в дальнем поле, но с аномальным восприятием
объектов в ближнем поле;
4) люди с аномальным пространственным восприятием объектов,
расположенных в ближнем поле, и с аномальным восприятием объектов
в дальнем поле.
Указанные аномалии могут быть выявлены по специфическому
движению
зрачков
наблюдателя,
например,
по
характеру
горизонтального, вертикального или кругового движения зрачков. Это
справедливо по отношению к наблюдениям объектов как ближнего, так и
дальнего поля. В медицине такое движение глазных зрачков известно
под названием "саккадированное нистагмическое движение", а в
нейрофизиологии - "саккадический нистагм".
Саккады, или скачкообразные движения, используютсяв случае,
когда необходимо быстро переместить взгляд с одного объекта на
другой. Поскольку во время такого скачка глаз не видит, то лучше всего,
если такое перемещение будет максимально быстрым. Поэтому
типичная угловая скорость движения зрачка при саккадах составляет от
200 до 600 градусов в секунду. Для того, чтобы переместить взгляд в
сторону на 90 градусов, требуется около 1/3 секунды (которое нам
кажется довольно продолжительным интервалом невидения). Явления,
которые протекают очень быстро, часто имеют способность оставаться
незамеченными. Наиболее часто отмечаемые нарушения, связанные с
саккадами, состоят либо в нестабильности (колебание, дрожание и
синдром пляшущих глаз), либо в неспособности ингибировать саккады
(резкие скачки зрачка по меандру, саккадические интрузии). Методы
регистрации саккадического нистагма хорошо известны и описаны,
например, в статье Т. Хэйна (T. C. Hain) "Саккадический нистагм" (смотри
http://www.dizziness-and-balance.com/practice/saccadic-nystagmus.htm).
Автору изобретения удалось выявить еще одну особую аномалию
пространственного восприятия, которая может проявляться у некоторых
людей. Он назвал эту аномалию "феноменом разбитого зеркала". Это
явление проявляется как нарушение непрерывности (дискретность)
видения на краю упомянутых полей зрения, особенно при быстром
переключении зрения с одного поля видения на
другое.
Представленное здесь изобретение основано на том факте, что
характер движения зрачка связан с нарушениями пространственного
восприятия. Другая обнаруженная автором аномалия, проявляющаяся в
поле ближнего или дальнего видения, - это так называемое "внезапное
скольжение взгляда вверх и вниз".
Тестируемый пациент сидит в кресле, голова его фиксируется, и за
объектом он может следить только глазами. Объект может быть
световым сигналом любой формы с любой достаточной яркостью.
Световой сигнал сначала проектируется на ближний экран,
расположенный в поле ближнего обзора. По мере того, как зрачок глаза
наблюдателя следует за перемещающимся световым сигналом,
аппаратура регистрирует движение глаза посредством сенсоров
изображения. Такие измерения выполняются отдельно при наблюдении
ближнего и дальнего полей обзора. В случае необходимости, без
изменения положения головы наблюдателя и не прерывая процесс
регистрации движения глаза, проекция светового сигнала переключается
на экран дальнего обзора, расположенный в упомянутом дальнем поле.
Движения каждого глаза и изменения размеров зрачков регистрируются
в каждом случае отдельно, и результаты регистрации могут быть
записаны в память компьютера, после чего становится возможным
сравнение записей для обоих глаз, а также сравнение с
ранее
полученными записями с целью определения динамики изменений,
характеризующих
пространственное восприятие наблюдателя.
Траектории светового сигнала могут быть разными, они могут быть
подобраны для диагностики различных нарушений пространственного
восприятия или для других целей. В частности, примеры нормального
восприятия сравниваются с образцами аномального восприятия, и такое
сравнение дает возможность четко выявить присутствие нарушений или
характер их прогрессирования.
Описанный метод реализован с использованием разработанной
аппаратуры, которая состоит из:
приспособления для фиксации головы наблюдателя; прозрачного
экрана, расположенного в поле ближнего обзора на небольшом
удалении от предполагаемого положения глаз наблюдателя так, что
горизонтальная ось проходит точно через глаз наблюдателя и центр
ближнего экрана; экрана, который может быть прозрачным или
непрозрачным, расположенным на удалении от глаза наблюдателя в
поле дальнего обзора и находящимся на одной линии с ближним
экраном; датчика изображения для регистрации положения зрачка
глаза наблюдателя; устройства для создания изображения на ближнем
экране; устройства для создания изображения на дальнем экране;
накопителя информации и системы обработки данных; индикатора
данных или устройства отображения.
Место приспособления для
фиксации положения головы можно менять по необходимости, а экраны
могут быть разного профиля, например, сферического, параболического
или иного.
Общий боковой вид устройства, представляющего предмет
изобретения, показан на рисунке 1. Аппаратура, которая при ссылках
обычно обозначается номером 20, состоит из опорной платформы В;
устройства для фиксации положения головы 22, прикрепленного к
платформе для обеспечения неподвижности головы пациента во время
проведения тестирования; прозрачного экрана ближнего поля 24,
закрепленного на платформе В и установленного вблизи от глаз
пациента в области ближнего поля; не плоского прозрачного или
непрозрачного экрана дальнего поля 26, закрепленного на базовой
платформе В и удаленного от глаз пациента на расстояние дальнего
поля, которое соосно с экраном 24 в том смысле, что горизонтальная ось
Х-Х проходит через точку, находящуюся между глазами, а также через
геометрические центры О1 и О2 ближнего и дальнего экранов
соответственно. Вогнутая сторона искривленного дальнего экрана
обращена в сторону пациента (на рисунке не показан). Кроме этого,
аппарат снабжен генератором изображений 28, предназначенным для
проецирования движущихся изображений на ближний экран 24, который
может быть помещен в любое место, удобное для проецирования
подвижных изображений на ближний экран 24, т.е. движущихся световых
пятен.
На рисунке 1 проектор изображения 28 расположен между
ближним экраном 24 и дальним экраном 26.
Второй проектор
изображений 30 предназначен для создания проекции изображения на
дальнем экране 26. Этот проектор также может быть помещен в любую
удобную точку, из которой можно получать относительно неискаженное
движущееся изображение, т.е. проецировать световое пятно на экран 26.
На рисунке 1 показано, что проектор изображений 30 расположен около
края ближнего экрана 24. Кроме того, расположение проекторов 28 и 30
таково, что оно исключает возможность прямого попадания в глаз
наблюдателя
луча света, генерируемого лазером. К тому же
интенсивность света, отраженного и рассеянного от изображений,
воссоздаваемых на экранах, которая попадает в глаз наблюдателя,
должна находиться в пределах, установленных соответствующими
стандартами и нормами безопасности, т.е. стандартами Национального
бюро стандартов (США).
Изображение, генерируемое лазерными проекторами 28 и 30,
управляется контроллерами 28' и 30' соответственно, команды на
которые поступают от центрального процессора (CPU) 32, с которым
соединены оба контроллера.
В состав аппаратуры входят датчики (сенсоры) изображений,
которые непрерывно отслеживают и записывают движение зрачка.
Поскольку оба датчика для отслеживания движения зрачков обоих глаз
одинаковы, на схеме показан только один из них - датчик 34. Датчик
изображений, или устройство 34 для отслеживания движения зрачка,
должно быть установлено так, чтобы оно не загораживало поле зрения
пациента. Устройство 34 для отслеживания движения зрачка соединено
с центральным процессором CPU через блок сбора данных 34', который
получает данные от датчика положений 34
и
передает их на
центральный процессор CPU для дальнейшей обработки.
Описав в целом аппаратуру 20, представляющую предмет
изобретения, можно рассмотреть некоторые отдельные узлы этого
устройства.
Узел 22 для фиксации положения головы  это устройство, на
котором голова пациента (на рисунке не показана) закрепляется
неподвижно.
Это приспособление широко применяется в любой
офтальмологической аппаратуре и относится к типу, описанному в
патенте США № 5 689 325, выданном в 1997 году N. Isogаi. Как это
обычно бывает, фиксатор положения головы снабжен механизмом для
подбора выгодного положения фиксатора и, следовательно, положения
глаз пациента, которое заключается в том, что глаза находятся на одной
линии Х-Х (рисунки 1 и 2), проходящей через центры О 1 и О2 экранов 24
и 26.
Данные о положении зрачка, полученные с помощью датчика
изображений 34, используются для регистрации движения глаза во
время проведения тестирования. Такой датчик не является секретным
изобретением (см., например, патент США № 6 334 683, выданный в
2002 году Г. Эпплу и др.). Обычная, основанная на использовании
видеокамеры, следящая система автоматически распознает и
отслеживает положение глаза, ориентируясь на своеобразные
ориентиры, присутствующие в изображениях человеческого глаза. Такая
система требует освещения глаза, например, инфракрасными лучами.
Обычно используется ИК- излучение с длиной волны от 850 до 930 нм,
поскольку оно обеспечивает хороший контраст между зрачком и
радужной оболочкой глаза. К тому же использование ИК- излучения
позволяет избежать смешивания со светом от разных других оптических
источников, не испускающих ИК- излучения.
Изображение глаза, освещенного невидимым инфракрасным
излучением от ИК- источника 22, а, строится отслеживающим датчиком
34 при помощи видеокамеры, чувствительной к ИК- излучению. В
нормальных условиях зрачок глаза выглядит как темное отверстие на
освещенном фоне. Данные о темном изображении зрачка поступают в
центральный процессор CPU 32 через блок сбора данных и
обрабатывающее информацию устройство 34', которое выдает данные о
размере зрачка и координатах его положения относительно скана
камеры. Центральный процессор 32 соединен с дисплеем 33, на
котором наглядно можно видеть результаты тестирования.
Описание устройства для освещения глаза и его положение
относительно глаза пациента на стойке для фиксации положения головы
можно найти, например, в патенте США № 5 668 622, выданном в 1997
году на имя К. Шарбонье и др.
Ближний экран 24 может быть изготовлен из прозрачного
материала с высоким коэффициентом пропускания, не менее, например,
99.0%.
Этот экран может быть плоским или иметь небольшую
отрицательную кривизну (с радиусом кривизны от 30 до 60 см) по
отношению к устройству 28, генерирующему подвижное изображение.
Он может быть изготовлен из стекла или пластика и покрыт составом,
частично поглощающим и рассеивающим свет с предуказанной длиной
волны 632.8 или 532 нм, который излучается лазером, создающим
подвижное изображение. Экран должен обеспечивать четкое видение
пациентом изображения на дальнем экране в том положении, когда
голова пациента зафиксирована в узле 22.
Экран дальнего плана
26 может быть прозрачным или
непрозрачным, его можно изготовить из стекла, пластика или других
материалов. Он, например, может быть сделан из непрозрачного
стекла.
Непрозрачный материал более предпочтителен.
Экран
дальнего обзора 26 может быть цветным для повышения цветового
контраста и лучшего восприятия движущегося изображения. Он может
иметь покрытие, частично поглощающее и рассеивающее падающий на
него свет. Криволинейная форма профиля этого экрана показана на
рисунке 1. Она может быть сферической, иметь форму параболоида
вращения или же любой другой подходящий профиль. Средний радиус
его кривизны может находиться в пределах от 80 до 150 см. Указанные
числа не следует воспринимать как ограничивающие полет мысли
изобретателя, они даны только в качестве примера.
Устройства 28 и 30, генерирующие подвижные изображения,
включают
лазерные источники света или системы, отклоняющие
световой луч, которые могут создавать световые пучки, имеющие в
статическом положении размер от 2 до 5 мм на соответствующем
экране.
Движения светового луча управляются так называемым
электрооптическим генератором изображений или генераторами
лазерного изображения, имеющими отклоняющую головку, которая
управляет положением светового пятна в широком диапазоне скоростей
движения с возможностью задавать координаты пятна от светового луча.
Такие лазерные источники света выпускаются для широкой продажи
(см.,
например,
International
Laser
Production,
http://www.internatlaser.com/DPSS_LASER_SYSTEMS.html). Упомянутые
лазерные источники могут воспроизводить движение светового пятна со
скоростями от минимальной до настолько высокой, что она уже не
воспринимается человеческим глазом. В предлагаемом изобретении
наиболее оптимальными скоростями движения светового пятна на
ближнем экране 24 и на дальнем экране 26 следует считать скорости в
диапазоне 1–100 см/с.
Некоторые основные способы тестирования с использованием
разработанного метода и аппаратуры, которые описывались со ссылкой
на рисунки 1 и 2, теперь будут пояснены с помощью рисунков 2 – 6.
Тестирование пространственного восприятия, показанное на рисунке 2,
может выполняться путем проецирования движущегося объекта, т.е.
проекцией светового пятна на ближний 24 или на дальний экран 26
(рисунок 1) с помощью генераторов подвижных изображений 28 или 30.
В верхней части рисунка 2 показан пример движения светового пятна
LS1, которое движется вдоль избранной траектории  по овалу TL1,
указанному стрелкой. На нижней части рисунка 2 показана траектория
ЕР1, вдоль которой следует взгляд пациента в то время, когда пациент
отслеживает перемещение светового пятна LS1. В случае нормального
восприятия траектория должна быть подобна траектории TL1, т.е. не
содержать нистагмических движений.
Тестирование начинается с заранее определенного места
светового пятна  от точки Y1. Сначала световое пятно LS1 движется по
направлению движения часовой стрелки с заранее заданной скоростью
от точки Y1 к точке Y2 (рисунок 2). Затем движение пятна LS1
прерывается на время, достаточное для того, чтобы глаз
аккомодировался к следующему наблюдению (около 0.8  1.2 секунды).
При необходимости пациента можно спросить, готов ли он к следующему
этапу тестирования.
Затем движение светового пятна LS1
возобновляется из той же самой точки Y1 в точку Y2, но теперь уже в
противоположном направлении. В обоих этих случаях устройство 34,
регистрирующее данные тестирования, отслеживает и регистрирует
характер движения (рисунок 1). Записанные данные передаются в
центральный процессор CPU и при необходимости воспроизводятся на
мониторе 33.
В случае нормального пространственного восприятия траектория
движения ТЕ1 зрачка в любой своей части будет лишена каких-либо
нистагмов. На рисунке 3 крупным планом показан нистагм N1, который
имел место в зоне Z1 рисунка 2. Хотя этот нистагм может включать
возвратное движение зрачка вдоль той же самой линии, для простоты
объяснения на этом рисунке нистагмическое движение отображено
зигзагообразной линией. Такой нистагм означает, что в какой-то момент
времени пациент не видит световое пятно LS1, и это обстоятельство
может быть расценено как дефицит пространственного восприятия у
пациента.
Другой пример из этого же теста, представленного на рисунке 2,
может указывать на еще один дефект пространственного восприятия,
который представлен на рисунке 4.
В случае дефицита
пространственного восприятия взгляд пациента при отслеживании
гладкой траектории TL1 (рисунок 2) может отсекать какую-то часть
траектории и укорачивать путь отслеживания.
Это "отсекание"
(спрямление траектории) показано на рисунке 4 как движение взгляда по
хорде N2. Отсекание может иметь место в любой части траектории
движения зрачка ТЕ2.
Рисунки
5, а – 5, d иллюстрируют тест, подобный тесту,
показанному на рисунке 2, но здесь представлено линейное возвратное
движение светового пятна.
Линией Н
показана горизонтальная
плоскость, в которой лежит линия Х-Х, указанная на рисунке 1, т.е.
линия, проходящая через среднюю точку между глазами пациента и
центрами экранов 24 и 26. В этом случае на рисунке 5, а линия Х1-Х2
изображает траекторию TL2 светового пятна LS2 на дальнем экране 26,
а линия Х3-Х4 отображает траекторию TL3 светового пятна LS3 на
ближнем экране 24. Легко заметить, что горизонтальная плоскость,
обозначенная линией Н, расположена между траекториями TL2 и TL3.
В этом тесте световое пятно TL2 начинает движение от точки Х1
вперед (на рисунке 5, а  справа налево), а затем от точки Х2 двигается
в обратном направлении ( на рисунке  слева направо).
На рисунке 5, b линия ТЕ2 обозначает траекторию движения
зрачка ЕР2 при следовании за движением светового пятна LS3 на
ближнем экране 24 (рисунок 1). Дефект, который может быть выявлен в
этом тесте, обычно проявляется во внезапном отклонении взгляда вниз
(траектория TEdown) или вверх (траектория TEup), как показано на рисунке
5, b. Автор изобретения отмечает, что этот явление обычно чаще
происходит при тестировании движения взгляда только на экране
ближнего обзора. Нормальному пространственному восприятию должна
соответствовать прямолинейная траектория на обоих экранах, без
признаков внезапного отклонения.
На рисунке 5с криволинейная траектория ТЕ3 служит признаком
другой аномалии, при которой в ответ на прямолинейное движение
светового пятна LS2 (рисунок 5а) в прямом и обратном направлениях,
траектория движения глазного зрачка ЕР3 представляет собой кривую
линию.
На рисунке 5, d представлена еще одна аномалия
пространственного восприятия, подобная той, что была показана на
рисунке 3, но заключается она в линейном нистагмическом движении в
виде зигзагообразной линии N2.
Зигзагообразная линия показана
условно, поскольку на самом деле это движение может быть возвратнопоступательным вдоль той же самой прямой линии. На одной и той же
прямолинейной траектории ТЕ4, показанной на рисунке 5, d, может быть
более одного нистагма.
На рисунке 6 представлен тест пространственного восприятия,
который позволяет выявить аномалии, возникающие при переключении
взгляда с экрана ближнего обзора на дальний экран, и наоборот.
Тестирование осуществляется путем мгновенного переключения
изображения с одного экрана на другой. Такое переключение можно
производить во время любого теста, показанного на рисунках 2 - 5, но
при этом нельзя изменять положение головы пациента. Световое пятно
может двигаться или быть неподвижным, но переключение должно быть
мгновенным.
Реакция пациента определяется по отслеживанию
траектории и регистрации времени и по характеру движения зрачка ЕР4,
следящего за световым пятном (рисунок 6).
При необходимости
реакцию можно проверять, измеряя и регистрируя изменения положения
зрачка и его размеры. В науке известны методы измерения диаметра
зрачка и указание на такие методы можно найти, например, в патенте
США 5 422 690. На рисунке 6 точка Х1-Х2 соответствует линии Х1-Х2 на
рисунке 5, а, а точка Х3-Х4 соответствует линии Х3-Х4 на рисунке 5, а.
Указанная аномалия проявляется как нистагм N4, во время которого
пациент не видит объект.
Таким образом было показано, что автор изобретения предлагает
универсальный метод и аппаратуру для тестирования лиц в отношении
наличия у них аномалий пространственного восприятия. При этом
используются два экрана, расположенные в поле ближнего и дальнего
обзора, путем наблюдения за характером движения зрачка пациента при
отслеживании движущегося или неподвижного объекта на ближнем
экране, на дальнем экране или на обоих экранах, при переключении
изображения с одного экрана на другой.
Автор изобретения также предлагает метод и аппаратуру, которые
в состоянии выявлять аномалии пространственного восприятия, не
обнаружимые другими известными методами и приборами, и которые
могут быть использованы для определения профессиональной
пригодности конкретного лица к выполнению специфических
обязанностей, особенно в случае профессий, связанных с высоким
риском; и которые также могут быть использованы для тестирования
людей в отношении особенностей их пространственного восприятия на
основании
персонифицированных баз данных, составленных для
специфических видов деятельности и для конкретных лиц.
Хотя данное изобретение было показано и описано со ссылкой на
конкретный вариант воплощения замысла, очевидно, что приведенный
вариант реализации идеи не может ограничивать применение данного
изобретения в других областях, и что возможны любые изменения и
модификации данного варианта при условии, что эти изменения и
модификации не выходят за пределы требований рассматриваемого
патента.
Например, датчик изображений (сенсор) может отличаться от
предложенного, указанного в качестве примера. У одного испытуемого
может быть выявлено более одной аномалии пространственного
восприятия.
Профили экранов могут быть и иными.
Кроме
горизонтальных линейных и петлезамкнутых траекторий для движения
светового пятна, могут быть использованы движения по вертикали, по
диагонали или под другими углами. В качестве траектории движения
светового пятна по экрану можно подобрать 8 видов разных траекторий.
В качестве генератора движущихся изображений не обязательно
использовать лазер, для этого можно применять жидкокристаллические
мониторы.
ЗАЯВКИ НА ПАТЕНТОВАНИЕ
1.
Аппаратура для обнаружения аномалий пространственного
восприятия у лиц, подвергшихся тестированию, включает:
 первый прозрачный экран, расположенный на первой дистанции от
глаз
испытуемого, когда его голова находится в неподвижном
положении;
 второй экран (в отличие от прозрачного) 
непрозрачный,
расположенный на второй дистанции от глаз испытуемого, когда его
голова закреплена неподвижно, при этом вторая дистанция больше
первой;
 устройство для создания первого изображения, видимого испытуемым
на первом экране;
 устройство для создания второго изображения, видимого испытуемым
на втором экране сквозь первый экран;
 устройство для отслеживания движения по крайней мере одного зрачка
испытуемого, который следит за изображениями, воспроизводимыми на
первом и на втором экранах, при этом его голова закреплена
неподвижно;
2. Аппарат из Заявки 1, у которого по крайней мере первое или второе
изображение является подвижным.
3. Аппарат из Заявки 1, оборудованный, кроме этого, устройством для
фиксации головы испытуемого во время проведения тестирования.
4. Аппарат из Заявки 2, оборудованный устройством для фиксации
головы испытуемого во время проведения тестирования.
5. Аппарат из Заявки 1, снабженный, кроме того, центральным
процессором, соединенным с устройством отслеживания, с генератором
первого и генератором второго изображения.
6. Аппарат из Заявки 2, снабженный, кроме того, центральным
процессором, соединенным с устройством отслеживания, с генератором
первого и генератором второго изображения.
7. Аппарат из Заявки 3, снабженный, кроме того, центральным
процессором, соединенным с устройством отслеживания, с генератором
первого и генератором второго изображения.
8. Аппарат из Заявки 1, у которого первый экран строго плоский, а второй
имеет искривленную форму, при этом вогнутая сторона обращена в
сторону испытуемого.
9. Аппарат из Заявки 7, у которого первый экран строго плоский, а второй
имеет искривленную форму, при этом вогнутая сторона обращена в
сторону испытуемого.
10. Аппарат из Заявки 7, у которого первый экран удален от глаз
тестируемого лица на расстояние от 1 до 60 см, а второй может
находиться в любой точке между первым экраном и бесконечностью.
11. Аппарат из Заявки 5, у которого центральный процессор содержит в
себе базу данных со сведениями, которые могут быть использованы как
данные для сопоставления.
12. Аппарат из Заявки 1, у которого устройства для создания первого и
второго изображения имеют возможность создавать движущееся
изображение.
13. Аппарат из Заявки 10, у которого устройства для создания первого и
второго изображения имеют возможность создавать движущееся
изображение
14. Метод выявления пространственных аномалий тестируемого лица
включает:
 первый прозрачный экран, расположенный на первом расстоянии;
второй экран, удаленный на второе расстояние, которое превышает
первое; средства для создания раздельных изображений, которые
испытуемый видит на первом экране и на втором сквозь первый; лицо,
обладающее разным пространственным восприятием изображений,
удаленных на первое и на второе расстояние;
 фиксацию головы испытуемого в неподвижном состоянии;
 создание изображения, видимого испытуемым на одном из экранов
(первом или втором) при отслеживании траектории движения по крайней
мере одним глазом;
 создание изображения, видимого испытуемым на другом экране
(втором или первом) при отслеживании траектории движения по крайней
мере одним глазом;
 обнаружение аномалий пространственного восприятия тестируемого
лица при наблюдении изображений на первом и на втором экранах при
манипулировании разными видами изображений на первом и на втором
экране, выявляя таким образом отклонения в траекториях, которые
можно сгруппировать так: нистагм, отсекание (спрямление траектории) ,
неожиданное опускание взгляда, искривление траектории движения
зрачка при наблюдении прямолинейного движения пятна на первом или
на втором экране, прерывание видения на периферийных частях этих
траекторий, а также хаотические изменения размера зрачка.
15. Метод из Заявки 14, в котором этапы продуцирования изображений
на первом и на втором экранах включают создание движущихся
изображений отдельно на первом и на втором экране вдоль одной из
избранных траекторий:
возвратно-поступательное прямолинейное
движение
между
двумя
точками,
возвратно-поступательное
криволинейное движение между двумя точками, а также движение по
замкнутой петле.
16. Метод из Заявки 14, в котором один из этапов выявления аномалий
выполняется при мгновенном переключении изображений между первым
и вторым экранами; при этом положение головы испытуемого остается
фиксированным.
17. Метод из Заявки 14, в котором первый экран удален от глаз
испытуемого на расстояние от 1 до 60 см, а второй может находиться в
любой точке между первым экраном и бесконечностью.
18. Метод из Заявки 16, в котором первый экран удален от глаз
испытуемого на расстояние от 1 до 60 см, а в второй может находиться в
любой точке между первым экраном и бесконечностью.
19. Метод из Заявки 15, в котором движущиеся
представляют собой движущиеся световые пятна.
изображения
20. Метод из Заявки 18, в котором движущиеся
представляют собой движущиеся световые пятна.
изображения
РЕЗЮМЕ
Разработан аппарат для выявления аномалий пространственного
восприятия, состоящий из первого прозрачного экрана, расположенного
в поле ближнего обзора, и второго, видимого сквозь первый и
расположенного в поле дальнего обзора лица, которое подвергается
тестированию.
Аппарат снабжен устройствами для создания
изображений выборочно на первом и на втором экране, а также
устройством для регистрации траектории движения зрачка испытуемого,
следящего за этими изображениями. Метод основан на обнаружении
специфических неправильностей в траектории зрачка, в число которых
входят: нистагм, отсекание или спрямление траектории, внезапное
опускание взгляда и др., во время слежения испытуемым за движением
изображения по гладкой траектории на одном из экранов; а также на
обнаружении нерегулярных изменений размера и положения зрачка,
являющихся реакцией на мгновенные переключения изображения с
одного экрана на другой при сохранении неподвижности головы
тестируемого лица.