CZ303192B6

CZ303192B6 - Zrakový stimulátor

Info

Publication number: CZ303192B6
Application number: CZ20100545A
Authority: CZ
Inventors: Kremlácek@Jan; Kuba@Miroslav; Vít@František
Original assignee: Univerzita Karlova v Praze, Lékarská fakulta v Hradci Králové
Priority date: 2010-07-12
Filing date: 2010-07-12
Publication date: 2012-05-23
Also published as: WO2012006972A1; CZ2010545A3; WO2012006972A8

Abstract

Zrakový stimulátor, zahrnuje zdroj (1) svetelných stimulacních podnetu, spojený s rídicí jednotkou (2), pricemž zdroj (1) svetelných stimulacních podnetu je usporádán na nosici (3) pro umístení zdroje svetelných stimulacních podnetu na okraji zorného pole stimulované osoby. Rídicí jednotka (2) je opatrena generátorem synchronizacního impulzu pro analyzátor EEG signálu k registraci mozkových evokovaných potenciálu.

Description

Vynález se týká zrakového stimulátoru, zahrnujícího zdroj světelných stimulačních podnětů, spojený s řídicí jednotkou, přičemž zdroj světelných stimulačních podnětů je uspořádán na nosiči pro umístění zdroje světelných stimulačních podnětů na okraji zorného pole stimulované osoby.

Dosavadní stav techniky

Zrakové stimulátory slouží k aktivaci funkcí centrálního nervového systému prostřednictvím časově - prostorové modulace světla. Jejich úkolem je generace přesných světelných podnětů a případně i zajištění synchronizace s dalšími přístroji, umožňujícími hodnocení funkce oka a celého zrakového systému až po úroveň korových oblastí mozku - tj. procesů zrakového vnímání.

Jako stímulátor/zdroj světelných podnětů se v současné době používá nejčastěji monitor počítače, pole svítivých diod (LED) nebo výbojka. Tyto stimulátory (obvykle počítačově řízené) jsou převážně stacionární. Stimulátory mobilní se přikládají k oku nebojsou fixované na hlavu ve formě brýlí nebo kontaktních čoček.

Podrobnější informace o dosavadních způsobech zrakové stimulace v klinické elektrofyziologii zraku a centrálního nervového systému jsou uvedeny v publikacích:

Celesia, G. G., Bodis-Wollner, L, Chatrian, G. I., et al. Recommended standards for electroretinograms and visual evoked potentials. Report of an IFCN committee. Electroenceph. clin. Neurophysiol., 1993, vol. 87, s. 421 až 436. (http://dx.doi.org/10.1016/0013-4694(93)90157-Q)

Odom, J. V., Bach, M, Barber, C., Brigell, M., et al. Visual Evoked Potentials Standard (2004). Doc. OphthalmoL, 2004, vol. 108, s. 115 až 123. (http://dx.doi.Org/l 0.1023/B: DOOP.OOOO03679O.67234.22)

Tyto varianty používaných zrakových stimulátoru při svém použití pro diagnostické i jiné účely (např. i světelné stimulace v rámci relaxačních technik „psychowalkmany“) plně nebo významně zakrývají zorné pole stimulované osoby a vyžadují pozornost vyšetřované osoby. Proto neumožňují během stimulace žádnou jinou aktivitu - např. pracovní činnost a nemohou být využívány u člověka dlouhodobě, např. k posuzování a monitorování funkčních změn mozku v odpovědích na zrakové podněty - tj. kontinuální hodnocení zrakového vnímání. Nutné umístění takových stimulátorů do centra zorného pole, tj. před oči stimulované osoby, souvisí s typem používaných podnětů a se způsoby hodnocení vyvolaných reakcí.

Zveřejněná patentová přihláška US 2009156886 popisuje náhlavní soupravu, kterou tvoří brýle, případně i jiná zařízení, která lze umístit na hlavu, jako jsou helmy, klobouky, ochranné brýle apod. Náhlavní soupravu tvoří rám s rameny a čočkami. Některá provedení však mohou být i bez čoček. Na rámu je světelný rám s množinou světel, které mohou být tvořeny LED. Světla jsou uspořádána na okraji čoček. Světla mohou být aktivována v naprogramovaných sekvencích a/nebo mohou být řízena dálkově. Světla tak poskytují vizuální stimulaci. Tento typ stimulátoru však neprodukuje zrakové podněty použitelné k monitorování úrovně zrakového vnímání prostřednictvím snímání elektrické aktivity mozku a negeneruje synchronizační pulzy pro analyzátor EEG signálu.

Zveřejněná patentová přihláška GB 2 352 182 se týká zařízení pro světelnou stimulaci, které v popsaném příkladu provedení tvoří ochranné brýle, například standardní ochranné svářečské

-1 CZ 303192 B6 brýle, které mají na levé a pravé straně zorného pole uspořádány světelné diody LED, které jsou střídavě zapínány a vypínány. Ani tento typ stimulátoru neprodukuje zrakové podněty použitelné k monitorování úrovně zrakového vnímání prostřednictvím snímání elektrické aktivity mozku a negeneruje synchronizační pulzy pro analyzátor EEG signálu. Navíc toto zařízení není použitelné při běžných činnostech subjektu, protože se bez spolupráce exponovaného subjektu vypíná.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nevýhody odstraňuje zrakový stimulátor, zahrnující zdroj světelných stimulačních podnětů, spojený s řídicí jednotkou, přičemž zdroj světelných stimulačních podnětů je uspořádán na nosiči pro umístění zdroje světelných stimulačních podnětů na okraji zorného pole stimulované osoby, podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že řídicí jednotka je opatřena generátorem synchronizačního impulzu pro analyzátor EEG signálu k registraci mozkových evokovaných potenciálů.

Zrakový stimulátor podle vynálezu je lehké, kompaktní, případně přenosné zařízení, které umožňuje dlouhodobé kontinuální testování zrakového vnímání a změn ve funkci mozku. Protože jeho použití neinterferuje s běžnými činnostmi člověka, lze jej využít nejen pro standardní diagnostická vyšetření při neurooftalmologických onemocněních, ale i v souvislosti se změnami pozornosti nebo při sledování úrovně bdělosti/únavy u řidičů a dalších profesí.

Podle výhodného provedení je řídicí jednotka upravena pro generování opakovaných intervalů stimulace v trvání 100 až 200 ms s periodou 1 až 1,2 s, a to stimulace pohybem rychlostí 200 až 400°/s a stimulace záblesky s frekvencí 14 Hz.

Podle dalšího výhodného provedení je nosič upraven pro umístění na hlavu stimulované osoby, například může být nosičem standardní kšilt.

Podle jiného výhodného provedení může být nosič uspořádán u horního okraje vnitrní strany čelního skla vozidla, nebo na horním okraji přístrojové desky vozidla.

Zdrojem světelných stimulačních podnětů může být s výhodou řada diod emitujících světlo (dále jen LED).

Přehled obrázků na výkresech

Zrakový stimulátor podle vynálezu bude blíže popsán na příkladech konkrétních provedení, zobrazených na výkresech, na kterých obr. 1 představuje příklad provedení zrakového stimulátoru, umístitelného na hlavu stimulované osoby, obr. 2 představuje schéma zapojení zrakového stimulátoru a na obr. 3 je příklad provedení zrakového stimulátoru, umístěného v motorovém vozidle.

Příklady provedeni vynálezu

Na obr. 1 je první příklad provedení zrakového stimulátoru podle vynálezu. Zrakový stimulátor zahrnuje zdroj 1 světelných stimulačních podnětů, který je uložen na nosiči 3 pro umístění zdroje světelných stimulačních podnětů na okraji zorného pole stimulované osoby 4.

Nosičem 3 je u tohoto provedení kšilt, umožňující umístění na hlavu stimulované osoby. Zdrojem 1 světelných stimulačních podnětů je řada LED, které jsou v pravidelných intervalech (rozCZ 303192 B6 teč cca 1 cm) upevněny na spodní straně vnějšího okraje kšiltu na flexibilní desce tištěného plošného spoje, která kopíruje mírně konvexní tvar kšiltu.

Kšilt je opatřen upínacím páskem 5 pro umístění na hlavu stimulované osoby 4. Na upínací pá5 sek 5 je připevněno pouzdro 6, ve kterém je uložena řídicí jednotka 2 (viz obr. 2) pro rozsvěcování jednotlivých LED a pro generování synchronizačního impulzu pro analyzátor EEG signálu k registraci mozkových evokovaných potenciálů. Ve znázorněném příkladu provedení tvoří řídicí jednotku 2 mikrořadič PIC16F628A, s napájecími články 9, s konektorem 10 pro propojení s vyhodnocovacím zařízením (například PC), s přepínačem 8 pro přepínání mezi jednotlivými typy io stimulací a se spínačem 7 pro zapnutí/vypnutí stimulátoru.

Řídicí jednotka 2 je stíněným kabelem JJ. propojena se zdrojem J světelných stimulačních podnětů na kšiltu.

Kšilt se pomocí upínacího pásku 5 umístí na hlavu stimulované osoby 4 tak, aby jí neomezoval výhled a současně aby stimulaci LED vnímala. Sada LED je tak umístěna cca 20° od centra zorného pole. Osazení LED tvoří 15 cm dlouhý, přibližně kruhový oblouk o poloměru asi 10 cm, což vytíná v zorném poli pozorovatele úhel cca 80°. Barva světla použitých LED je u příkladu provedení žluto-zelená - dominantní λ = 588 nm (nanometr) a typická svítivost je 20 med (mili20 candela). Barva světla použitých LED ani jas však nejsou kritické, jde pouze o kompromis mezi účinností stimulace a minimálním rušením při dlouhodobém používání s pracovní zátěží.

Po zapnutí zrakového stimulátoru pomocí spínače 7 lze pomocí přepínače 8 volit mezi stimulačními programy, uloženými v řídicí jednotce 2. Program mikrořadiče umožňuje generovat stimu25 lační podněty pohybové (postupné rozsvěcení a zhasínání jednotlivých LED v řadě, od středu k okrajům nebo od okrajů ke středu, s náhodným střídáním směru) a zábleskové (současné rozsvícení všech diod po zvolenou dobu). Více variant podnětů je použito proto, že jsou významné interindividuální rozdíly v reaktivitě jednotlivých osob a je tedy možné zvolit optimální podnět pro konkrétního uživatele.

U popsaného příkladu provedení jsou stimulační podněty generovány s periodou 1,2 s. Stimulace pohybem o rychlosti 200 až 400°/s trvá 100 až 200 ms, záblesková stimulace po dobu 200 ms má frekvenci 14 Hz. Parametry stimulace jsou v širokých mezích nastavitelné programem použitého mikrořadiče. Na popisovaném stimulátoru byly zvoleny pohyblivé podněty odpovídající paramet35 rům stimulací používaných pro hodnocení reakcí mozku pro klinické diagnostické účely - viz Kuba, M., Kubová. Z., Kremláček. J., et al. Motion-onset VEPs, characteristics, methods, and diagnostic use. Vision Res., 2007, vol. 47, s. 189 až 202. (http://dx.doi.Org/l01016/i.visres.2006. 09.020). Je věcí jednoduché úpravy programu, aby v případě potřeby byly použity jiné varianty podnětů podle individuálních vlastností stimulované osoby.

Další příklad provedení zrakového stimulátoru podle vynálezu je zobrazen na obr. 3. Nosič 3 se zdrojem 1 světelných stimulačních podnětů je uspořádán u horního okraje vnitrní strany čelního skla 12 motorového vozidla. Pouzdro 6 s řídicí jednotkou 2 je u tohoto provedení připevněno na přístrojové desce vozidla. Zdrojem 1 světelných stimulačních podnětů jsou opět LED. Usporádá45 ní sady LED a řízení jejich činnosti u tohoto příkladu provedení záleží na konkrétním typu vozidla a vzdálenosti zrakového stimulátoru od očí stimulované osoby. Je třeba, aby parametry stimulace (např. - rychlost pohybu) přibližně odpovídaly výše popsanému příkladu provedení.

V neznázoměném provedení je nosič 3 se zdrojem I světelných stimulačních podnětů uspořádán na horním okraji přístrojové desky vozidla.

U všech popsaných provedení jsou k dispozici opakované intervaly stimulace pohybem (rychlost cca 200 až 400°/s) a záblesky (s frekvencí cca 14 Hz - vykazuje nejmenší interferenci se spon-3CZ 303192 B6 tánním EEG) v trvání 100 až 200 ms, které jsou přerušovány intervaly bez stimulace trvajícími

Is (v zájmu minimalizace adaptace mozku). To umožňuje, aby se opakovaně vyhodnocovaly rozdíly mezi průměrnými reakcemi mozku na zrakové podněty (korové zrakové evokované potenciály) a základní EEG aktivitou v době mezi stimulacemi. Snímání elektrické aktivity mozku není předmětem tohoto vynálezu a může se provádět jakoukoliv známou metodou, například jednou čelní elektrodou.

Odborníkům je zřejmé, že vedle popsaných příkladů provedení lze navrhnout řadu dalších variant zrakového stimulátoru podle vynálezu, které budou spojeny společnou vynálezeckou myšio lenkou, a to, že zdroj světelných stimulačních podnětů je uspořádán na nosiči na okraji zorného pole stimulované osoby.

Zrakový stimulátor podle vynálezu lze využít nejen pro standardní diagnostická vyšetření při neuro-oftalmologických onemocněních, ale dovoluje i dlouhodobé kontinuální sledování funkce mozku v průběhu činností, u kterých může být monitorování mozkových funkcí žádoucí, např. úroveň bdělosti/únavy u řidičů a mnoha jiných profesí.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Zrakový stimulátor, zahrnující zdroj (1) světelných stimulačních podnětů, spojený s řídicí

25 jednotkou (
2), přičemž zdroj (1) světelných stimulačních podnětů je uspořádán na nosiči (3) pro umístění zdroje světelných stimulačních podnětů na okraji zorného pole stimulované osoby, vyznačující se tím, že řídicí jednotka (2) je opatřena generátorem synchronizačního impulzu pro analyzátor EEG signálu k registraci mozkových evokovaných potenciálů.

30 2, Zrakový stimulátor podle nároku 1, vyznačující se tím, že řídicí jednotka (2) je upravena pro generování opakovaných intervalů stimulace v trvání 100 až 200 ms s periodou 1 až 1,2 s, a to stimulace pohybem rychlostí 200 až 400% a stimulace záblesky s frekvencí 14 Hz.
3. Zrakový stimulátor podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že nosič (3) je

35 upraven pro umístění na hlavu stimulované osoby.
4. Zrakový stimulátor podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že nosičem (3) je kšilt pro umístění na hlavu stimulované osoby.

40
5. Zrakový stimulátor podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že nosič (3) je uspořádán u horního okraje vnitřní strany čelního skla vozidla.
6. Zrakový stimulátor podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že nosič (3)je uspořádán na horním okraji přístrojové desky vozidla.
7. Zrakový stimulátor podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že zdrojem (1) světelných stimulačních podnětů je řada mikrořadičem řízených LED.