Исследование пространственной контрастной чувствительности

Пространственная контрастная чувст-вительность (ПКЧ) характеризует спо-собность зрительной системы воспри-нимать и анализировать распределение яркостей в поле зрения. Визоконтра-стометрия, или определение простран­ственной частотно-контрастной чувст­вительности, получила применение в диагностической практике благодаря работам F.W. Campbell и J. Robson (1968), G.B. Arden и JJ. Jacobson (1978), В.В. Волкова и соавт. (1983). Стимула­ми в этом методе служат синусоидаль-ные решетки из чередующихся темных и светлых ахроматических (или цвет­ных) параллельных полос. Пространст­венная частота решетки определяется количеством циклов, т.е. пар полос, в Г угла зрения, и выражается в цикл/град. Для каждой пространственной частоты находят минимальный контраст решет­ки, при котором она остается видимой. Под контрастной чувствительностью при этом понимают величину, обрат-

ную к минимальному контрасту. Таким образом, в результате измерения полу-чают кривые ПКЧ — графики зависи­мости контрастной чувствительности от пространственной частоты.

По сравнению с визометрией визо-контрастометрия является более тон­ким и более информативным психо­физическим методом исследования форменнего зрения. Несколько упро-щая, это можно пояснить следующим образом. При визометрии определяют, какой наименьший размер должны иметь детали высококонтрастных объ­ектов, чтобы глаз еще был способей их различать. При визоконтрастометрии определяют отдельно для каждого раз­мера, какой минимальный контраст должны иметь объекты из деталей это-го размера, чтобы оставаться различи-мыми. Таким образом, визометрия из­меряет величину только самых мелких возбудительных и тормозных зон ре-цептивных полей нейронов, хоть в какой-то степени участвующих в зри-тельном восприятии. А визоконтрасто-метрия исследует чувствительность множества нейронных структур с раз-ными размерами возбудител ьных и тормозных зон рецептивных полей. Несомненно, остроту зрения измерить проше. Но ее снижение коррелирует со степенью поражения лишь для ог­раниченного числа заболеваний, так как отражает состояние только неко-торой части пространственно-частот-ных каналов в зрительной системе. Визоконтрастометрия же в ряде случа-ев позволяет обнаружить патологию там, где визометрия не находит откло-нений от нормы, например у интакт-ного глаза при амблиопии. Другой пример — объективное подтверждение результатами визоконтрастометрии жалоб на «туман в глазах» после лече-ния оптического неврита, несмотря на высокую остроту зрения. Наоборот, при низкой остроте зрения исследова­ние ПКЧ может выявить и благопри-ятные прогностические признаки, ска-жем, в первые дни и недели после черепно-мозговой травмы. И, конеч­но, результаты визоконтрастометрии

во многих случаях отражают разницу в состоянии зрительной системы при одной и той же остроте зрения.

Наиболее распространена визокон-трастометрия с ахроматическими сти­мулами. Трудность ее компьютерной реализации заключается в необходи-мости визуализации решеток с сину-соидальным профилем яркости при очень низких контрастах — до 0,002 (0,2 %). В программах серий «Зебра» эту задачу удалось решить, причем не только для нынешнего, но и для пре-дыдущего поколення компьютерных видеокарт и мониторов. Визоконтра-стометрия с использованием цветооп-понентных решеток применяется при исследовании цветоаномалий. Созда­ние и широкое распространение соот-ветствующих компьютерных программ сдерживается, в частности, отсутстви­ем простого способа уравнивания по яркости разных цветов на экране ком­пьютера. Технически более легко осу-ществима визоконтрастометрия с ре-шетками из основных цветов на чер­ном фоне, и для ее реализации есть свои основания. Оптические среды глаза имеют хроматические аберрации и вносят рассеяние: оба этих эффекта определяются длиной волны излуче-ния. Разные типы цветовых рецепто­ров по-разному распределены по сет-чатке: плотность длинно- и средневол­новых колбочек максимальна в цен­тре, а коротковолновых — в кольце на расстоянии 1° от центра фовеолы. При этом, как показывают колориметриче­ские исследования [Дворянчико-ва А.П. и др., 1999], излучение красно­го люминофора возбуждает в основ­ном длинноволновые колбочки, зеле­ного — в равной степени длинновол­новые и средневолновые, синего — ко-ротковолновые колбочки, а белый цвет монитора вызывает одинаковое возбуждение колбочек всех трех видов. По зрительнему нерву цветовая ин-формация передается уже закодиро-ванной, но ее поток также неодноро­дей в поперечном направлении. В экс-трастриарных зонах зрительной коры информация о цвете снова декодиру-

ется. Как показали исследования с ис­пользованием программ «Зебра», про-веденные нами и нашими коллегами [Карлова И.З. и др., 1996; Шамшинова A.M. и др., 1996, 1997; Эскина Э.Н., 1996, 2001; Карлова И.З., 1997; Белозе-ров А.Е. и др., 19986; Рогатина Е.В., 1998; Сосновский С.В., 1998; Барсегян Г.Л., 1999; Борисова С.А., 1999; Рома­нова Е.В. и др., 20016; Эскина Э.Н. и др., 2001; Эскина Э.Н., 2002; Белозе-ров А.Е., 2003; Sosnovsky S.V. et al., 1999], визоконтрастометрия, исполь-зующая основные цвета, может давать диагностическую информацию о со­стоянии зрительной системы от рого-вицы и сетчатки до зрительной коры.

Компьютерная программа для визо-контрастометрии предусматривает из­мерение с расстояния 1,8—2,4 м в за­висимости от размеров монитора, что-бы обеспечить постоянство угловых размеров стимула. Стимулами служат ахроматические, а также красные, зе-леные и синие решетки на черном фоне с контрастом 0,002—1,0 (0,2— 100 %), причем на краях решеток кон-траст плавно снижается до нуля (рис. 16.2). Поле стимуляции составляет 5,6° (в последних версиях — 4,5°). Измере­ние ПКЧ проводят в диапазоне про­странственных частот 0,5—22 цикл/ град (0,5—16 цикл/град), от низких пространственных частот к высоким, с интервалом, равным 0,5 или 1,0 окта­ве. Полученные кривые ПКЧ сравни-вают с возрастной нормой. Границы нормы строятся программой по ре­зультатам тестирования здоровых об-следуемых. При этом никаких жестких требований к характеристикам мони­тора и условиям внешнего освещения не предъявляется, за исключением того, что они должны поддерживаться постоянными при всех последующих измерениях.

В программах серий «Зебра» преду-смотрены 3 различные методики опро­са, позволяющие обследовать детей разного уровня развития и склонности к сотрудничеству. Взаимодействовать с компьютером во время опроса может как врач, так и сам ребенок. Для этого

Рис. 16.2. Ахроматический и цветной стимулы с вы­соким контрастом и раз-ными пространственными частотами, используемые при визоконтрастометрии.

мышь подключается к компьютеру через удли-нитель, а ребенок держит ее обеими руками и большими пальцами на-жимает на кнопки. Для детей, ведущих себя адекватно, подой­дёт режым быстрого измерения. Изме­рение проходит наиболее быстро, если ребенок сам повышает или понижает контраст решетки, нажимая правую или левую кнопку мыши. Подобрав пороговый контраст, ребенок нажима-ет обе кнопки одновременно; про­грамма фиксирует это значение и пе-реходит к следующей пространствен­ной частоте. To же самое со слов ре­бенка может делать и врач, пользуясь мышью или клавиатурой. Для детей, склонных занижать или завышать свои возможности, подойдёт режым ызмере-ния вручную. В этом режиме врач сна-чала приближенно определяет около-пороговую область со слов ребенка, a затем уточняет порог, проводя тести­рование при нескольких соседних зна-чениях контраста. Программа же обес-печивает случайное предъявление ре­шетки или однородного поля и даёт врачу возможность проверить, дейст­вительно ли ребенок их различает при том или ином контрасте. Лвтоматыче-скип режым ызмереныя понравится де­тям, предпочитающим тестирование в форме мультимедийной компьютер-ной игры, даже если измерение из-за этого будет идти вдвое дольше. Опи-санный выше принцип проведения опроса заложен в программу, которая в данном случае полностью заменяет врача. Ребенок пытается угадать, где [ на экране появляется решетка, и на-жимает кнопки мыши, получая в ответ зрительную и звуковую реакцию про­граммы. Программа управляет предъ­явлением стимулов и по статистике от-

ветов ребенка находит значение поро-гового контраста.

Единицами измерения ПКЧ в про­граммах служат децибелы. В технике в децибелах выражают чувствитель-ность, усиление, ослабление, т.е. по-нятия, характеризующие изменение в «разах» тех параметров, физическую величину которых удобно отображать на логарифмической шкале. Децибелы на такой шкале образуют равные от-резки, при этом 10-кратному измене-нию мощности сигнала соответствует 1 Б или 10 дБ. Однако, так как мощ-ность сигнала равна квадрату его ам­плитуды, 10-кратное изменение ам­плитуды приводит уже к 100-кратному изменению мощности, и ему соответ­ствует 20 дБ. Сравним децибелы с про­центами. Уменьшение амплитуды сиг­нала в 10 раз, т.е. на 90 %, эквивалент­но его ослаблению на 20 дБ. Чтобы восстановить прежнюю величину сиг­нала, необходимо вновь увеличить ам­плитуду в 10 раз, т.е. на 20 дБ. Но если увеличить ее на те же 90 %, она соста­вит лишь 19 % от первоначальной. Чтобы сделать амплитуду прежней, не­обходимо увеличить ее уже на 900 %. Таким образом, если уменьшение и увеличение на одно и то же количество децибел эквивалентны по величине, то в процентном исчислении аналогич-ная эквивалентность не соблюдается.

Человеку изменения контраста ка-жутся одинаковыми, если они проис-ходят в одни и те же «разы», поэтому естественно выражать их в децибелах. Считать ли 10-кратное изменение кон­траста изменением на 10 или 20 дБ, т.е.

 

18 - 972

 

 

к чему относить контраст синусои-дальной решетки — к амплитуде или к мощности, единого мнения нет, и ка­ждое имеет свою аргументацию. Для практики же это не принципиально, просто в численном выражении ре­зультаты будут различаться в 2 раза. Важно лишь указать, по какой форму­ле вычислялась величина в децибелах: с коэффициентом 10 или 20 перед де-сятичным логарифмом. В первой вер-сии программы «Зебра» мы использо-вали первый коэффициент, в после-дующих версиях — второй, в частности потому, что в литературных источни­ках этот вариант более распространен. Так как чувствительность и порого-вый контраст обратно пропорциональ-

ны, их изменения в децибелах будут иметь одну и ту же величину, но раз-ные знаки. В нашем случае контраст, равный 1, удобно принять за 0 дБ на шкале ПКЧ. Таким образом, чувстви­тельность равна 0 дБ, если 100 % кон­траст оказывается порогом различе-ния. Каждые последующие 20 дБ на шкале ПКЧ соответствуют 10-кратно-му уменьшению величины порогового контраста. Таким образом, ПКЧ [дБ] = = —20 lg (пороговый контраст), где по-роговый контраст изменяется от 0 до 1,0. В свою очередь пороговый кон­траст = ю-(ПКЧ/20)

В клинической практике удобнее пользоваться не самой контрастной чувствительностью, a ee сохранно-

стью — отличием от возрастной нор­мы. Сохранность контрастной чувст-вительности вычисляется как арифме­тическая разница между измеренной ПКЧ и возрастной нормой ПКЧ, вы-раженными в децибелах. Таким обра­зом, сохранность ПКЧ, равная —20 дБ, означает 10-кратное снижение ПКЧ по сравнению с ее величиной в норме, т.е. 10-кратное возрастание порогового контраста. Сохранность —10 дБ соот­ветствует снижен ию в 3,16 раза, -5 дБ — в 1,78 раза, —3 дБ — в 1,41 ра­за. А сохранность, равная 0 дБ, означа­ет точное совпадение величины кон­трастной чувствительности с нормой.

Графики средней ПКЧ в норме для белого и грех основных цветов приве-дены на рис. 16.3 (жирные линии внут-ри закрашенных областей). Реальные кривые ПКЧ нормального зрения за-нимают некоторую область вокруг этих средних. Характерный разброс случайных величин относительно среднего значения в статистике опи-сывается стандартным отклонением. Для ПКЧ нормального зрения величи­на стандартного отклонения составля-ет от 3 до 8 дБ: на средних частотах разброс минимальный, на низких — промежуточный, на высоких — макси­мальный. На практике, анализируя конкретные результаты измерения со-хранности контрастной чувствитель­ности, нужно сравнивать их с граница­ми области разброса значений ПКЧ в i норме. Методика использования про­грамм «Зебра» предусматривает авто-| матическое построение нормы ПКЧ и ее границ по результатам обследова-ния нескольких здоровых глаз. Грани-цы рассчитываются программой по квантилям 0,05 и 0,95, т.е. включают 9 43 10 значений для здоровых глаз. дальнейшем результаты измерения ПКЧ представляются в виде как ее аб-солютных значений, так и отклонения нормы, т.е. сохранности контраст- ш чувствительности. Результаты измерения ПКЧ в норме <е использовались нами для оцен-качества визуализации на экране ешеток с низким контрастом. Прове-

дены численное моделирование и ана-лиз работы реализованного в програм­ме алгоритма построения решеток при низких контрастах с точки зрения зри-тельного восприятия человека. Срав­нение результатов исследования кон­трастной чувствительности в норме с результатами моделирования подтвер-дило, что обеспечиваемый программой диапазон изменения контраста доста­точей для целей визоконтрастометрии.

Проведено сопоставление ПКЧ у детей для патологических состояний, локализованных на различных уровнях зрительней системы, например в сет-чатке — дисфункция палочковой и колбочковой системы, центральная дистрофия сетчатки; в зрительном нерве — ретробульбарный неврит; в центральных зрительных путях — рет-рохиазмальные поражения; на всех уровнях зрительного анализатора (в первую очередь корковом) — амб-лиопия. Это позволило выявить сле-дующие диагностические психофизи­ческие симптомы.

При палочковой дисфункции (ста-ционарная ночная слепота) ПКЧ выше нормы на всех, особенно на высоких частотах (рис. 16.4), что может быть объяснено нарушением межрецептор-ного взаимодействия (торможения колбочковой системы палочками). У пациентов с колбочковой дисфунк-цией ПКЧ на вее цвета снижена, в большей степени на средних частотах, более выраженно на ахроматические, a также на красные и зеленые стимулы (рис. 16.5). Это обусловлено наруше­нием функций колбочек лишь одного или двух видов с соответствующими пигментами при локализации процес­са в макулярной области сетчатки с определенной топографией распреде-ления колбочек. У больных с цен-тральной дистрофией сетчатки (бо­лезнь Штаргардта) из-за включения в патологический процесс макулы чув-ствительность на высоких пространст­венных частотах полностью отсутству­ет (рис. 16.6).

При ретробульбарном неврите в за­висимости от включения в патологи-

 

 

 

ческий процесс периферических или центральных волокон зрительного нерва наблюдаются разные формы из-менений ПКЧ. Контрастная чувстви-тельность при этом снижается ко веем цветам во веем пространственно-час-тотном диапазоне (рис. 16.7).

Для поражений зрительних путей выше хиазмы характерно неравномер-ное снижение кривых сохранности контрастной чувствительности с уве­личением пространственной частоты. Отличительным признаком наруше-ний ПКЧ при этой патологии является изломанность кривых, причем частоты изломов не совпадают для разных цве­тов (рис. 16.8). Это согласуется с пред-ставлениями о налични в зрительной коре цветоспецифических нейронов и большого числа нейронов со сложны-ми и сверхсложными рецептивными полями, которые, возможно, неодина-ково вовлекаются в патологический процесс.

При разных формах амблиопии и на разных ее стадиях изменения ПКЧ имеют свои особенности. Для дисби-нокулярной амблиопии слабой степе­ни характерны плавное снижение и последующий подъем кривых сохран­ности ПКЧ на средних-высоких часто-тах (рис. 16.9). Похожие изменения ПКЧ, хотя и мёнее выраженные, на­блюдаются и у интактного глаза, что указывает на связь этого явления с развивающейся способностью зри-тельной системы устранять биноку-лярное двоение. По мере прогрессиро-

Рис. 16.10. Сохранность ПКЧ при рефракционней амблиопии. Обозначения те же, что и на рис. 16.4.

вания амблиопии чувст-вительность начинает те-ряться на самых высоких частотах. Этот процесс распространяется в сто­рону вее более низких частот, хотя на высоко-частотном краю кривых еще некоторое время ос-тается «всплеск» чувствительности.

Для рефракционной и анизометро-пической амблиопии характерно сни­жение контрастной чувствительности на высоких и средних-высоких про­странственных частотах (рис. 16.10). Встречается и снижение на низких частотах, особенно при высокой сте­пени амблиопии. Наблюдается тен-денция к меньшему снижению сохран-ности ПКЧ к синему по сравнению с красным при гиперметропии и к боль­шему — при высокой степени миопии. Это наталкивает на мысль о возникно-вении частичней цветовой амблиопии при данных нарушениях рефракции вследствие продольной хроматической аберрации [Эскина Э.Н. и др., 2001]: при гиперметропии легче, с точки зре-ния аккомодации, фокусируются си­ние лучи, а при миопии — красные. Однако эта гипотеза требуёт более тщательной проверки. Разнообразие возможных изменений контрастной чувствительности учитывалось при разработке компьютерного метода тре-нировки зрительных функций при амблиопии.

⇐ Предыдущая12345Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: