CN1348747A - 视觉生理康复仪 - Google Patents

Abstract

一种视觉生理康复仪,它包括壳体1、观看筒2、视标驱动装置15和电源7,其要点在于还设有微电脑控制器5、光源成像装置6和视标10。它能产生由特定视觉生理光谱组成的视标图像,通过微电脑控制,其光谱、频率、光强、图案及视觉距离均可按治疗程序自动变换,可同时提高眼的视觉传导功能和调节功能,提高近视、弱视及老视眼的保健治疗效果。

Description

视觉生理康复仪

本发明涉及眼科的视力保健治疗仪和万花筒领域，特别是涉及一种用于近视、弱视、视疲劳和老视眼的生理和物理治疗的视觉生理康复仪。

为公众所熟知的发明于一百多年前的万花筒大都在筒体内装有反射板和彩色碎片，转动筒体可观看不同的图像。中国专利公布了一种CN89215916.2的“音乐电子万花筒”，它用电子电路和发光元件取代彩色碎玻璃和塑料碎片，当发光器件发光时，即可观看到电子彩色画面。此外，中国专利还公布了CN94202550.4和申请号为002226140.5的“电子万花灯”，它由发光板、反射镜组、控制电路和透镜组成，发光板上产生的闪烁光和色彩变换，经过反射镜组的反射和透镜的汇聚透射，在屏幕上可产生变化和闪烁的彩色画面，成为一种现代万花筒和装饰彩灯。但是，该万花筒和万花灯仅仅是作为一种观赏娱乐的玩具和灯饰。

弱视是妨碍儿童视觉发育的一种严重疾病，一般无法用配镜的方法矫正。目前防治弱视的方法较多，其中较为理想的一种是利用红光闪烁原理，锻炼弱视眼的皮质中枢，从而达到治疗的目的。如：中国专利CN86200467、CN88217622等，其治疗基础均主要以视网膜黄斑区中锥体细胞对600-680nm(纳米)波长的红光敏感，通过光刺激，提高感觉输入和临界融合频率，从而达到锻炼和提高视力的目的。根据视觉的电生理学研究成果，视觉刺激的诱发电位(VEP)还与光刺激的强度和强度的变化、频率和频率的变化、闪光图像和图像的变化有关。实验表明：变化强度和变化频率的光所引起的诱发电位反应大于固定光强和固定频率条件下的诱发电位反应；闪光的图形刺激所引起诱发电位反应大于单纯均匀亮度刺激的诱发电位发应，闪光变化图形刺激的诱发电位反应大于单纯闪光图形的诱发电位反应，图形情景对比大的诱发电位反应大于图形情景对比小的诱发电位反应。而上述仪器一般均是采用单一或多种光源的均匀刺激，使图形情景对比极小；此外，由于在方式上大都采用几种固定频率的光闪，很容易造成眼睛对光的适应性，不能满足视觉频率调谐锻炼的要求，影响治疗效果。本发明的设计者曾公布了申请号为94212912.1和99115935.7的利用视觉生理光谱闪烁原理设计的弱视保健电子万花筒和视觉生物频谱仪，它们分别采用光谱为红、绿和红、绿、蓝、黄的光源作为成像和照射光源，通过电子线路或微电脑控制实现光闪的频率变换、光谱变换和图像变换，刺激锻炼对其敏感的三种不同类型的视觉细胞和大脑视觉皮质中枢，提高视觉诱发电位，提高感觉输入和临界融合频率，从而达到提高治疗效果的目的。该仪器从技术上解决了一般弱视仪缺乏视觉图像刺激锻炼和单一频谱变换的难题，为弱视防治进入家庭提供了一种有效地治疗和保健仪器。但是，由于该仪器采用传统万花筒的成像原理和构造，使其产生的是空间的立体图像，亦即所观看到的图像均不在同一焦距平面，因此缺乏视觉注视焦点和视觉注视中心，观看时也不易集中注意力，影响患者使用的观看效果和注视效果，使实际的疗效受到限制。此外，由于屈光不正性弱视和屈光参差性弱视在弱视患者中占有很大的比例，在此类患者中，屈光调节的障碍和视觉感受的障碍同时存在且相互制约，而上述仪器只能主要针对锻炼视觉神经并提高视觉感受能力，对锻炼和改善眼的调节功能缺乏直接的作用和效果，也影响其治疗效果和应用范围。

近视同样是一种严重妨碍少年儿童成长和发育的严重疾病，绝大多数的近视患者均是由于视觉疲劳及调节性近视引起的调节障碍演变及发展的结果，锻炼和增强眼的调节功能，及时消除眼睛睫状肌和眼肌群的紧张和痉挛是目前治疗和防止近视的主要方法。如中国专利ZL92101546.1和ZL97208881.4，其均是利用视标图像在使用者的眼前有规律的作周期性往返运动，锻炼眼睫状肌及调节系统，解除眼睛睫状肌的痉挛和调节紧张状态，消除视觉疲劳，使之恢复正常视力。人的眼睛及视觉系统是由视觉调节系统和视觉感受系统两部分所组成，如同照相机是由调焦部分和底片部分组成一样。视觉的好坏取决于系统中两个部分的同时完好与否，它们在视觉过程中是相互促进和相互制约的。在实际情况中，倘若眼睛的晶状体和眼睫状肌出现调节障碍，则会发生视觉疲劳、调节性近视或远视，倘若视网膜神经和大脑视觉皮质中枢发育缺陷，则会导致弱视的发生。此外，由近视、远视及眼的调节障碍也可引发弱视的发生，而弱视的发生也会引起调节障碍问题的出现。因此，要有一个好的视力，就必须保持视觉系统中的两个部分的同时完好和正常。由于上述仪器防治的方法均是以锻炼视觉系统中的调节部分入手，仪器的视标图像均为固定的幻灯图片，图片的背景光源均为白炽灯光，这些均缺乏对视觉感受系统的直接作用和锻炼，更缺乏视觉生理光谱的照射和按摩，因此其从方法上是不完整的，也限制了疗效的提高和应用范围的扩大。

本发明的目的在于提供一种视觉生理康复仪，它采用具有平面注视性质和注视焦点的视标图像，视标图像主要由人体视网膜细胞敏感和兴奋的多种视觉生理光谱产生所组成，通过治疗方案的编程和微电脑控制，实现丰富的频率变换、光谱变换和图像变换，分别刺激锻炼不同类型的视觉神经细胞和大脑视觉皮质中枢，改善视觉传导功能，提高视觉分辨能力和临界融合频率，同时利用微电脑和机电控制，实现视标图像的定时、定位传输，通过规律变换光谱及变换图像的视觉距离，解除眼睫状肌和眼肌群的紧张和痉挛，恢复眼的调节能力，达到消除视觉疲劳，增强眼调节功能的目的，从而进一步地改善和提高治疗保健效果，应用微电脑控制技术，实现治疗过程和使用操作的自动化，降低患者的使用操作要求，使之更易普及应用。

本发明可按如下技术方案来实现：本发明包括壳体1，观看筒2，托架14，光源成像装置6，视标驱动装置15，电源7，微电脑控制器5和发声器8，所述的视标驱动装置15包括安装在托架14上的电机21、丝杆18和带轮机构22，其技术要点在于：所述的光源成像装置6中沿其中心线依次装有视标10、物镜11、反射镜组12和光源组13，所述的观看筒2中装有目镜9，其中心线与视标10和物镜11相重合，所述的光源组13分别为红、绿、蓝、黄的多组发光器件，所述的微电脑控制器5上设置有多组光谱变换、光强变换、图像变换、视觉距离变换和视觉临界融合频率以下的多组固定频率变换及音频变换的治疗程序和音乐程序，控制光源组13在视标10上产生光强、频率、光谱及图像随设置治疗程序或音乐程序变化的图像，同时控制视标驱动装置15驱动视标10产生定时、定位传输和移动，规律变换视觉距离，并同步播放音乐。

本发明以眼睛的运动生理、视觉光谱感受特性、色觉对立机制、调节动态响应及空间频率调谐理论为依据，以及上述人体视觉刺激的诱发电位(VEP)与光强、频率、光谱、闪烁及图象情景对比等视觉电生理学的研究成果，采用红、绿、蓝、黄的发光器件组作为光源成像装置6的光源组13，光源组13产生的光闪及图像经反射镜组12的多次反射和物镜11的透射，在视标10上形成由特定光谱组成的平面图像或平面闪烁图像。患者通过观看筒2及目镜9注视视标10上按设定治疗程序产生的图像及闪烁图像，可有效刺激和锻炼视网膜黄斑区三种不同类型的锥体细胞，增强眼组织循环，改善视觉传导功能，提高眼的感觉输入和临界融合频率，而视标10及视标图像的规律变换视觉距离，模拟人眼由近至远的视觉过程，使睫状肌和眼肌群有节律地收缩和放松，消除其紧张和痉挛，恢复和加强对晶状体的调节能力，最终达到改善和提高视力的效果。

本发明有如下积极效果：一、能提供更接近人体视网膜锥体细胞敏感和兴奋的多种特定波长的光源和光强、频率、光谱及图像自动变换的闪烁光和闪烁图像，这种不断变换的闪烁光及图像可更有效地刺激锻炼眼的视觉神经，减少其对闪烁光及闪烁图形的适应性，同时频谱生理光可按摩眼睛，改善眼的组织循环，更好地激活视觉神经中的多种视觉细胞，提高眼的感觉输入和临界融合频率，改善视觉传导功能。此外，由于视标上产生的图像为平面图像，因此具有更好的注视效果和治疗效果。二、能实现视标图像的定时、定位移动，模拟人眼由近至远的视觉过程，使眼睫状肌和眼肌群有节律地收缩和放松，消除因疲劳产生的紧张和痉挛，恢复对晶状体的调节功能，由于生理节律运动，还可改善眼的血液循环和组织循环，进一步加强治疗保健效果。三、在方法上是从视觉整体系统入手，不仅通过视觉距离变换来锻炼提高眼的调节机能，而且通过生理光谱和频率的变换，锻炼和兴奋视觉感受细胞，提高眼的视觉感受性和视觉分辨能力，同时锻炼视觉系统的两个组成部分，可更有效地达到消除视觉疲劳、改善和提高视力的目的。四、由于采用频谱生理光同时对视觉系统中的两个部分进行光按摩，可改善眼的组织循环，促进血液循环和增强眼组织的代谢，起到有益的保健和治疗作用。五、配有柔和舒缓的数码音乐，光谱、图像及频率变换可由音乐频率调控，可产生视觉、听觉反馈效应，进一步兴奋交感神经，增进治疗效果，也利于提高少儿患者的治疗兴趣。六、采用微电脑控制技术，使整个治疗方案和治疗过程实现自动控制，降低了对患者的使用操作要求，利于保健治疗的家庭化。七、可明显提高疗效和缩短治疗周期。临床表明：用于治疗弱视的总有效率可达93.6％，治疗调节性近视的总有效率达99％，并可有效解除因过度用眼引起的视疲劳，同时对延缓眼睛老花和健康眼的视力维护有着积极作用。

下面结合附图对本发明作进一步地说明。

图1为本发明的结构示意图。

图2为微电脑控制器控制示意图。

图3为本发明采用单片机的原理图。

图4为光源组的发光管排列示意图。

图1中，壳体1为前端带有圆孔的曲面物，可由上、下盖及底座3组成，在其圆孔处设有划道和止位块，用于和观看筒2连接，并能使观看筒2连同装在其上的眼罩20分别左右转动180度。壳体1与底座3通过支架4采用球形铰接，壳体1相对底座3可以自由360度转动和自由调整俯仰角。壳体1的前面设有程序工作轻触开关28，轻触开关28，治疗程序即可自动开始或复位停止。壳体1内固装有托架14，托架14上面装有光源成像装置6、视标驱动装置15和视标位移控制开关16，壳体1内还设置有电源7、微电脑控制器5和发声器8。光源成像装置6中沿观看筒2的中心线依次装有视标10、物镜11、反射镜组12和光源组13。视标10是由乳白半透光材料制成的薄形平面物，如毛玻璃、描图纸或乳白半透光塑料制成的薄形圆片。视标10的成像平面与目镜9的中心线相垂直，其与目镜9的最远点为目镜9的焦点距离，以保证视标10上的图像在固定位置时通过目镜9到眼睛的光为平行光。反射镜组12为多个矩形或梯形反射板组成，一般采用三块反射板，其截面呈三角形。光源组13是峰值波长分别为620-680nm(纳米)、530-570nm、430-475nm和575-590nm的红、绿、蓝、黄半导体发光管管组。视标驱动装置15由安装在托架14上的电机21、丝杆18和带轮机构22组成。带轮机构22分别由大、小皮带轮及传动皮带组成，也可采用变速齿轮机构。在光源成像装置6的下部设有带丝母17的滑块19，并安放在托架14的滑轨中，丝母17与丝杆18相连接，通过电机21驱动丝杆18和丝母17，带动光源成像装置6和其中的视标10做往复位移。观看筒2中装有目镜9，目镜9的中心线与视标10和物镜11相重合。发声器8安装在壳体1内。电机21为可正反转动的直流电机，电源7是直流电源，如电池，也可以采用整流稳压电源。

图2中，单片机30是微电脑控制器的主控体，单片机30的音频输出端与发声器8相连接，单片机30的I/O口分别连接程序选择开关32、程序启动和复位开关28、多路驱动放大器33、电机驱动电路34和视标位移开关16，多路驱动放大器33的各驱动端分别与光源组13上的各组发光器件相连接，驱动发光器件组按照程序要求顺序点灭发光。电源7通过电源开关31与单片机30相连。电机驱动电路34的驱动端与电机21相连接，根据程序要求控制电机21正转、反转或停止，，实现视标的位移变换。两个视标位移开关16分别安装在视标位移的最近点和最远点，当视标10到达目镜9的最远点和最近点时，分别传送给单片机30位移信号，使单片机30能准确控制电机工作，实现视标10的定时、定点控制和移动传输控制。

为了提高可靠性和降低产品的成本，单片机30最好采用一只同时设有治疗程序和音乐程序，并带有语音合成器的微电脑掩膜芯片。如采用SN680XX型的微电脑掩膜芯片。

图3中，单片机30的型号为SN680XX，其中的I/O口1、2、3、4分别连接驱动放大电路中的三极管Q1、Q2、Q3和Q4，通过三极管分别驱动发光二极管组L1、L2、L3和L4工作，图中发光管发光的颜色分别用R(红)、G(绿)、Y(黄)和B(蓝)表示。I/O口7和8分别连接三极管Q11和Q12，通过电机驱动电路控制电机21实现正转、反转或停止，I/O口11和12则分别连接视标位移开关SW1和SW2，将视标移动到达的远近点信号及过程信号传给单片机30，实现对视标移动的定时、定位控制。图中I/O口6连接程序状态指示灯LED，I/O口9和10分别连接程序选择开关SW3和SW4，通过选择开关SW3和SW4可以选择针对不同患者的治疗程序。I/O口5连接程序启动开关START/STOP。单片机的端口16为音乐信号输出端口，用以连接发声器SP，发声器可以是扬声器，也可以采用耳机。端口15连接直流电源的正极，端口17接地。

在单片机(30)中分别设置有治疗程序和音乐程序。治疗程序的工作过程主要遵循使发光管产生光谱变换、光强变换、频率变换和图象变换的基本原理。音乐程序可以是MIDI方式或语音方式，为了使节奏清晰、分明和减少程序空间，最好采用MIDI方式的音乐。所选音乐为节奏分明和舒缓的乐曲。治疗程序主要控制发光二极管的闪烁和变换，可采用如下的工作过程和控制方式：轻触START/STOP开关，程序控制电机使视标复位到距目镜的最远点。然后以如下的亮灯顺序和频率变换工作：从L1(黄)→L2(蓝)，亮灭频率为1Hz(赫兹)工作1分钟，再以L3(绿)→L4(红)2Hz变换工作1分钟，接着以L2(蓝)→L4(红)4Hz亮灭变换1分钟，以L2(蓝)→L4(红)8Hz点灭变换1分钟，接下来同步播放音乐并控制发光管组的移位闪烁速率随音乐频率变化，音乐频率变化的范围是0.5-20Hz，移位闪亮的顺序为L2(蓝)→L3(绿)→L4(红)→L2(蓝)，定时1分钟，接着再控制视标做规律的多次往复移动变换，每一个往复移动，变换一种或多种光谱，工作定时2分钟，治疗程序和音乐程序完成并待机。发光管组的闪烁方式可以有多种变换，如按序移位亮或按序移位闪，也可以是随机移位亮或随机移位闪等。闪亮的占空比也可有多种设置。各组发光管点灭的频率变换和位置变换使最终投射到视标10上的光形成光谱、频率、光强和图案变化的彩色图像。

图4为光源组13上排列发光管的一个实施例。其发光管为红、绿、蓝、黄的半导体发光二极管管组，发光管组的组数为4-8组，并按序排列，每组发光管的数目为1-8只，且为同色。每组发光管的数目取决于所选发光二极管的发光强度和排列图像的需要。若要使排列的图像较为丰富，则可选取多组发光管，每组发光管的数目也可选择多一些。为了减小体积和提高图象质量，发光管最好封装在光源组13的电路板上。

Claims (7)

1、视觉生理康复仪，包括壳体(1)，观看筒(2)，托架(14)，光源成像装置(6)，视标驱动装置(15)，电源(7)，微电脑控制器(5)和发声器(8)，所述的视标驱动装置(15)包括安装在托架(14)上的电机(21)、丝杆(18)和带轮机构(22)，其特征在于：所述的光源成像装置(6)中沿其中心线依次装有视标(10)、物镜(11)、反射镜组(12)和光源组(13)，所述的观看筒(2)中装有目镜(9)，其中心线与视标(10)和物镜(11)相重合，所述的光源组(13)分别为红、绿、蓝、黄的多组发光器件，所述的微电脑控制器(5)上设置有多组光谱变换、光强变换、图像变换、视觉距离变换和视觉临界融合频率以下的多组固定频率变换及音频变换的治疗程序和音乐程序，控制光源组(13)在视标(10)上产生光强、频率、光谱及图像随设置治疗程序或音乐程序变化的图像，控制视标驱动装置(15)驱动视标(10)产生定时、定位传输和移动，规律变换视觉距离，并同步播放音乐。

2、如权利要求1所述的视觉生理康复仪，其特征在于：所述的微电脑控制器(5)包括一单片机(30)，单片机(30)的音频输出端与发声器(8)相连，单片机(30)的I/O口分别连接程序选择开关(32)、程序启动和复位开关(28)、多路驱动放大器(33)、电机驱动电路(34)和视标位移开关(16)，多路驱动放大器(33)的各驱动端分别与光源组(13)上各组发光器件相连接，电机驱动电路(34)的驱动端与电机(21)相连接，电源(7)通过电源开关(31)与单片机(30)相连。

3、如权利要求1所述的视觉生理康复仪，其特征在于：所述的光源组(13)是峰值波长分别为620～680nm(纳米)、530～570nm、430～475nm和575～590nm的红、绿、蓝、黄半导体发光管组，发光管组的组数为4～8组，并按序排列，每组发光管的数目为1～8只。

4、如权利要求2所述的视觉生理康复仪，其特征在于：所述的单片机(30)为一只设有音乐程序和治疗程序并带有语音合成器的微电脑掩膜芯片。

5、如权利要求1所述的视觉生理康复仪，其特征在于：所述的视标(10)由乳白半透光材料制成的薄形平面物，其成像平面与目镜(9)的中心线相垂直，其与目镜(9)的最远点为目镜(9)的焦点距离。

6、如权利要求1所述的视觉生理康复仪，其特征在于：所述的光源成像装置(6)的下部设有带丝母(17)的滑块(19)，并安放在托架(14)的滑轨中，丝母(17)与丝杆(18)相连接。

7、如权利要求1所述的视觉生理康复仪，其特征在于：所述的壳体(1)通过支架(4)与底座(3)球形铰接，所述的观看筒(2)的前端装有眼罩(20)。

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