Влияние использования видеошлема на состояние зрительных функций

Компьютеры повсеместно внедряются в современную жизнь человека, начиная с профессиональной деятельности и кончая игровыми компьютерными программами для детей и подростков. Широкое распространение способов дисплейного предъявления зрительной информации нашло свое отражение в видеотерминалах различных типов. Одним из таких способов является создание виртуальной реальности в видеошлемах. Они используются с различными типами компьютерных программ в различных сферах деятельности: как тренажеры для летчиков и других водительских профессий, для обучения персонала путем демонстрации виртуальных руководств, моделирования процесса ремонта и технического обслуживания авиадвигателей, для обслуживания типовой подстанции, визуализации нефтяных месторождений, с помощью которой определяют, где и как начинать бурение. Видеошлемы широко используются пользователями различного возраста с игровой целью.

Видеошлем предназначен для предъявления объемных динамических картинок с возможностью перемещаться по виртуальному пространству с помощью клавиатуры и пр. Система виртуальной ориентации реагирует на каждое движение головы пользователя. Контролер цифровой обработки сигнала обеспечивает точность ввода и обратную связь.

Когда пользователь погружается в условия искусственной реальности происходящих на экране событий, возникает психологический эффект нахождения в созданной обстановке, что и повышает эффективность выполняемой по программе операции.

Однако, при использовании видеошлема зрительная система находится в условиях, далеких от естественных: ограничены движения глаз и поле зрения, практически полностью выключается аккомодация и конвергенция.

В современной литературе имеется множество исследований о влиянии работы на зрительную систему пользователей персональными компьютерами, в которой указывают на снижение остроты зрения — в 35% случаев, нарушения аккомодации — в 45% случаев, конвергенции — в 52% случаев, пространственно-контрастной чувствительности, развитие астенопии по данным разных авторов от 50 до 70% случаев (Corno F, Dentient Р., 1984; Ланцбург М. Е., Розенблюм Ю. З., 1988; Дочев Д.1991; Gur S., Ron S., 1992, Корнюшина Т. А., 1999; Фейгин А. А. и др., 2005).

Существует также множество компьютерных программ, направленных на лечение зрительных расстройств: амблиопии, бинокулярного зрения, аккомодации (Simons 1993; Рожкова Г. И., 1996; Белозеров А. Е., 2002). Как правило, традиционные методы плеоптики воплощались в виде компьютерных программ. При этом эффективность лечения детей с амблиопией по сравнению с традиционными методами повышалась вдвое (Губкина Г. Л. и др.1997).

В доступной офтальмологической литературе мы не нашли сообщений о влиянии работы в видеошлеме на состояние органа зрения и зрительную работоспособность, хотя видеошлем широко используется как детьми и подростками, так и взрослыми. Длительное использование видеошлема может приводить к расстройствам зрения и возникновению астенопии.

Наличие двух экранов разделяет поля зрения правого и левого глаза: полная стереоскопическая картинка получается только в том случае, когда каждый глаз видит ее на своем экране, что вынуждает каждый глаз принимать участие в выполнении задания. Глубинный эффект на основе фазового разделения полей зрения и условия предъявления оптотипов в видеошлеме могут быть использованы для тренировки различных зрительных функций. Данные о применении видеопшема для этих целей в литературе также отсутствуют.

В связи с изложенным, целью настоящей работы явилось изучение влияния работы в видеошлеме на состояние зрительных функций и возможности их улучшения.

Для реализации цели поставлены следующие задачи.

1. Оценить характер и условия зрительной работы при пользовании видеошлемом.

2. Изучить влияние работы с видеопшемом на зрительные функции (остроту зрения, аккомодацию, характер бинокулярных функций, форию, девиацию).

3. Изучить влияние работы с видеошлемом на зрительную работоспособность (зрительную продуктивность и зрительное утомление).

4. Оценить влияние видеошлема на зрительные функции и зрительную продуктивность у лиц различных возрастных групп.

5. Оценить возможности использования видеошлема для повышения зрительных функций при амблиопии.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Зрительная работа в условиях шлема виртуальной реальности, оказывает существенное влияние на функциональное состояние зрительной системы, что выражается в повышении остроты зрения, зрительной продуктивности и реакциях аккомодационной системы, изменяющихся по мере увеличения зрительной нагрузки.

2. Доказана связь между реакциями аккомодации и возрастным развитием аккомодационного аппарата: у детей 5−7 лет изменения в реакциях аккомодации после возрастающей нагрузки при зрительной работе в видеошлеме остаются стабильнымиу подростков реакции аккомодации отличаются высокой вариабельностьюу взрослых в большинстве случаев развивается зрительное утомление.

3. Использование специально разработанных игровых программ трех типов сложности, предъявляемых в условиях видеошлема, способствует стабильному (в течение 2-х месяцев и более) повышению остроты зрения на 0,12−0,21 у детей с амблиопией различной степени.

Научная новизна.

Впервые проведено изучение состояния зрительной системы после погружения в мир виртуальной реальности в условиях видеошлема.

При комплексном исследовании установлено, что напряженная зрительная работа в условиях видеошлема приводит к увеличению остроты зрения и зрительной продуктивности, а также к изменениям в состоянии аккомодационной системы.

Впервые доказана связь между реакциями аккомодации и возрастным развитием аккомодационного аппарата. У детей 5−7 лет изменения в реакциях аккомодации сохраняются стабильными на всех этапах исследованияу подростков реакции аккомодации вариабельныу взрослых, когда появляются первые возрастные признаки изменения цилиарной мышцы, резко сужается зона ясного видения и развивается зрительное утомление.

Впервые показана возможность использования видеошлема для повышения зрительных функций при амблиопии высокой, средней и слабой степени у детей на специально разработанных игровых программах трех типов сложности с использованием зрительных стимулов различного характера.

Показано, что активное участие в выполнении игровых ситуаций в условиях видеошлема повышает внимание и скорость выполнения задания пользователей различных возрастных групп.

Полученные данные могут быть использованы для разработки нормативов и документов, регламентирующих условия работы в видеошлеме.

Практическая значимость.

Изучено влияние работы в условиях видеошлема на состояние зрительных функций и зрительную работоспособность пользователей.

Получены новые данные об изменении остроты зрения, аккомодации и зрительной продуктивности при работе с видеошлемом.

Внедрение в практику.

Теоретические положения и практические результаты работы являются базовыми для разработки нормативов и документов, регламентирующих использование видеошлема в различных сферах деятельности и лицами разного возраста. .

Апробация работы.

Основные положения диссертации доложены на XXIX Международном конгрессе офтальмологов в Сиднее (Австралия), 2002 г.- на VIII съезде офтальмологов России, Москва. 2005 г.- на Международной научной конференции «Федоровские чтения», 2005 г., Москвана межотделенческой научной конференции отдела патологии рефракции, бинокулярного зрения и офтальмоэргономики и лаборатории клинической физиологии зрения им. С. В. Кравкова, 2005 г.- на межотделенческой конференции Московского НИИ глазных болезней им. Гельмгольца, 2006 г.

Публикации.

По материалам диссертации опубликовано 7 печатных работ, из них 2 в зарубежной печати, получен 1 патент и 1 положительное решение на патент.

Структура и объем диссертации

.

Работа изложена на 120 страницах машинописного текста, состоит из введения, 3 глав, заключения, выводов, списка литературы, содержащего 181 источник, из них 131 отечественных и 50 зарубежных авторов. В работе 18 таблиц и 8 рисунков.

ВЫВОДЫ.

1. Выявлены визуальные и психомоторные факторы при пользовании шлемом виртуальной реальности: разделение полей зрения правого и левого глаза, ограничение поля зрения и движений глаз, почти полное выключение аккомодации и конвергенции, обусловленные наличием двух жидкокристаллических экранов и бинокулярного микроскопа, полное погружение пользователя в условия искусственной реальности, возникновение психологического эффекта нахождения в созданной обстановке.

2. Систематическая зрительная работа в условиях видеошлема в течение 15 дней способствует повышению остроты зрения и зрительной продуктивности, вызывает изменения в реакциях аккомодационной системы по мере увеличения зрительной нагрузкипоказатели бинокулярного зрения, фории и относительной аккомодации не изменяются.

3. Работа в условиях видеошлема вызывает следующие реакции аккомодационной системы на зрительную нагрузку: Iудаление зоны ясного видения от глаза, II — приближение зоны ясного видения к глазу, III — сужение зоны ясного видения, IV — расширение зоны ясного видения, V — отсутствие изменений в положении зоны ясного видениязрительная работа в видеошлеме в течение 15 дней на разных этапах наблюдения вызывает характерные реакции аккомодации для каждой возрастной группы.

4. Для детей 5−7 лет после первых 5 дней занятий наиболее характерными являются реакции аккомодации I (36% случаев) и II (30% случаев) типов (признаки развития зрительного утомления), эта тенденция сохраняется досле 15 занятий (1−34%, II — 35%) и через 2 месяца после их окончания (I -32%, II — 35%), что указывает на стабильность реакций аккомодации у детей дошкольного возраста. 5. У подростков 12−17 лет через 5 занятий наблюдались следующие реакции аккомодации: I тип (25,6% случаев), II (30,8%), III (15,4%), IV (28,2%) — через 15 занятий число лиц с Г типом реакции аккомодации увеличивается (до 33,3%), а остальные — встречаются одинаково часто (II-23,1%, III- 20,5%, IV- 23,1%), что свидетельствует о вариабельности реакций аккомодации. Через 2 месяца после окончания занятий наблюдается увеличение числа лиц с I типом реакции аккомодации (удаление зоны ясного видения от глаза), что свидетельствует о развитии первых признаком зрительного утомления.

6. У взрослых 20−32 лет после 5 занятий в видеошлеме ведущим является расширение зоны ясного видения (IV тип реакции аккомодации -40% случаев), а через 15 занятий — ее сужение (III тип реакции аккомодации — 45% случаев), которое и через 2 месяца после окончания занятий проявляется у большего числа лиц (55% случаев), что свидетельствует о более быстром развитии зрительного утомления, чем у детей и подростков.

7. Выполнение игровых ситуаций в, условиях шлема виртуальной реальности приводит к достоверному увеличению зрительной продуктивности во всех возрастных группах: у детей — на 1,74±0,24%, у подростков — на 4,95±1,34%, у взрослых — на 3,45±0,86%. Это увеличение нестойкое и через 2 месяца после окончания занятий снижается.

8. Использование специально разработанных игровых программ трех типов сложности со зрительными стимулами различного характера, предъявляемых в условиях видеошлема, способствует стабильному повышению остроты зрения на 0,12±0,03 при амблиопии высокой степени, на 0,21 ±0,11 — при амблиопии средней степени, на 0,15±0,02 при амблиопии слабой степени.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Изучение устройства видеошлема, предназначенного для демонстрации изображений, показало, что основными факторами влияющими на зрительную систему является использование двух мониторов и оптической системы, расположенной перед ними.

Качество изображения на экранах мониторов низкого контраста, имеет небольшую разрешающую способность, что вызывает напряжение зрения. Оптическая система также как и дисплей оказывает свое специфическое воздействие на зрительные функции. Учитывая то, что наводка на резкость в системе осуществляется с помощью окулярной части микроскопа, рефлекторная часть аккомодации оказывается выключенной. Длительное рассматривание изображения приводит к напряжению тонической части аккомодации. При этом зрительная система находится в условиях далеких от естественных: ограничены движения глаз и поле зрения, практически полностью выключается конвергенция.

С другой стороны, зрительная работа в условиях видеошлема вызывает ощущение нахождения в виртуальной реальности, которая требует активной работы зрительного анализатора и психо-моторных функций, вынуждая сосредоточить все внимание на выполнении конкретной задачи.

Для исследования влияния видеошлема на состояние зрительных функций было сформировано три группы пользователей: 10 человек в возрасте 20 — 32 лет, 20 подростков в возрасте 12−17 лет и 50 детей в возрасте 5−7 лет. Взрослые и подростки в течение 15 дней играли в компьютерные игры в условиях видеошлема.

Дети в течение 15 дней выполняли задания в условиях видеошлема по 0 специально разработанным программам.

Контрольные исследования проводились через 5, 15 дней занятий и через 2 месяца после окончания занятий.

До занятий острота зрения у взрослых в среднем по группе была равна 0,96, после 15 занятий она возросла до 1,0. В отдаленные сроки после окончания занятий (через 2 месяца) острота зрения сохранялась равной 1,0.

У подростков острота зрения без коррекции до занятий была равна 0,63. Через 15 занятий острота зрения без коррекции повысилась на 0,05. То есть, в игровой ситуации в условиях видеопшема создается тенденция к повышению остроты зрения. Через 2 месяца после окончания занятий достигнутое повышение остроты зрения сохранялось.

Учитывая то, что работа в условиях видеошлема способствует развитию остроты зрения у здоровых лиц и подростков, нами были разработаны специальные тесты, которые предназначены для детей с амблиопией. К тому же, наличие двух экранов разделяет поля зрения правого и левого глаза: полная стереоскопическая картинка получается только в том случае, когда каждый глаз видит ее на своем экране. Данное обстоятельство вынуждает амблиопичный глаз принимать активное участие в выполнении задания.

Дети 5−7 лет посещали специализированный детский сад. По степени амблиопии все дети были разделены на 3 группы. В первую группу вошли дети с амлиопией высокой степени — с остротой зрения на худшем глазу 0,05−0,2, во вторую группу — дети с амблиопией средней степени — острота зрения — 0,3−0,4 и в третью группу вошли дети со слабой степенью амблиопии — острота зрения 0,5 и выше. В свою очередь каждая группа была разделена на три подгруппы: а) монокулярное зрение со сходящимся косоглазием, б) монокулярное зрение без косоглазия, в) одновременное или бинокулярное зрение.

33 ребенка с различной степенью амблиопии прошли лечение традиционными методами (назначение оптической коррекции, прямая окклюзия или пенализации для дали, для близи, засветы и т. д.).

После лечения амблиопии традиционными методами повышение остроты зрения у детей с высокой степенью амблиопии было максимальным и составило в среднем 0,29 (р<0,1), у детей со средней степенью амблиопии острота зрения повысилась на 0,27 (р<0,1), а со слабой степенью амблиопии — на 0,12 (р<0,01). Основное повышение остроты зрения отмечалось после ! курса лечения.

После лечения амблиопии традиционными методами 50 детей играли в компьютерные игры в условиях видеошлема. У детей была амблиопия: на 8 глазах — высокой степени (с остротой зрения 0,05−0,2), на 14 глазах — средней степени (острота зрения 0,3−0,4), у большей части детей амблиопия была слабой степени (67 глаз, острота зрения 0,5 и выше). Дети в течение 15 дней выполняли задания в условиях видеошлема по специально разработанным программам, предназначенным для лечения амблиопии.

Контрольные исследования остроты зрения показали, что после 15 дней занятий острота зрения у детей с высокой степенью амблиопии достоверно возросла в среднем на 0,12 (р<0,05), со средней степенью амблиопии — на 0,21 (р >0,05 — недостоверно), со слабой степенью амблиопии — на 0,15 (р<0,01). Причем это повышение остроты зрения оказались устойчивым и через 2 месяца после окончания занятий.

Для длительного удержания четкого экранного изображения на сетчатке глаза, тоническая часть аккомодации должна быть максимально напряжена. После проведения игровых сеансов в условиях виртуальной реальности произошли изменения в аккомодационной системе, связанные с изменением в состоянии вегетативной нервной системы (11,103). У испытуемых наблюдались следующие реакции аккомодационной системы на зрительную нагрузку: I типудаление зоны ясного видения от глаза указывает на усиление тонуса симпатической нервной системы, II — приближение зоны ясного виде ния к глазу — усиление тонуса парасимпатической нервной системы., III — сужение зоны ясного видения связано с развитием зрительного утомления, IV — расширение зоны ясного видения указывает на тренировочное воздействие, V — зона ясного видения осталась без изменения.

У взрослых в 40% случаев в первые 5 дней занятий объем аккомодации увеличился за счет расширения зоны ясного видения (IV тип реакции аккомодации). При дальнейшем увеличении нагрузки тренировочный эффект несколько снизился (расширение зоны ясного видения осталось в '''- ~ ', ¦ 91 ' '.

25% случаев). В 30% случаев произошло приближение зоны ясного видения, к глазу и только в 15% случаев удаление.

Через 15 занятий картина резко изменилась: в большинстве случаев (45%) возросло зрительное утомление, которое выразилось сужением зоны ясного видения. Полученные результаты являются достоверными по непараметрическому критерию Уилкоксона для уровня значимости а=0,05.

Последействие зрительной нагрузки продолжалось и через 2 месяца после окончания занятий — зрительное утомление развилось в 55% случаев.

У подростков 12−17 лет через 5 занятий реакции аккомодации распределяются следующим образом: I тип — в 25,6% случаев, II — в 30,8%, Ш — в 15,4%, IV — в 28,2%- через 15 занятий число лиц с I типом реакции аккомодации увеличилось до 33,3% случаев (по критерию Уилкоксона данные являются достоверными для уровня значимости а=0,05), а остальные встречались одинаково часто: И- 23,1%, III- 20,5%, IV- 23,1%, что свидетельствует о вариабельности реакций аккомодации, на фоне развитой аккомодационной системы. Через 2 месяца после окончания занятий наблюдается увеличение числа лиц с I типом реакции аккомодации (удаление зоны ясного видения от глаза в 51,3% случав), что свидетельствует о развитии первых признаком зрительного утомления.

Исследованием аккомодации и бинокулярного зрения у детей с амблиопией различной степени было выявлено, что показатели бинокулярного зрения и относительной аккомодации, как и у взрослых и подростков, за 15 занятий практически не изменились. Наиболее чувствительной к зрительной нагрузке оказалась абсолютная аккомодация. Хотя объем аккомодации не изменился, но произошло смещение ближайшей и дальнейшей точек ясного, видения, характеризующих изменение. напряжения аккомодации в этих зонах.

Для детей 5−7 лет независимо от степени амблиопии реакции аккомодационной системы на зрительную нагрузку были идентичны, поэтому мы объединили всех детей, в одну группу. После первых 5 дней занятий наиболее характерными для детей являются реакции аккомодации I (36% случаев) и II (30% случаев) типов (признаки развития утомления), эта тенденция сохраняется после 15 занятий (I -34%, II — 35%) и через 2 месяца после окончания занятий (Г—32%, II — 35%), что указывает на стабильность реакций аккомодации у детей дошкольного возраста, у которых аккомодация находится в стадии развития (рис.4). По критерию Уилкоксона полученные результаты являются достоверными для уровня значимости а=0,02.

Таким образом, напряженная зрительная работа, выполняемая в условиях видеошлема в течение 15 дней, приводит к изменению в состоянии аккомодационной системы. Наши исследования показали, что реакции аккомодации в значительной степени зависят от возраста пациентов, что связано с возрастным развитием аккомодационного аппарата. У детей младшего возраста (до 7 лет) цилиарная мышца находится в состоянии развития. Это проявляется в недостаточной дифференциации мышечных групп, незаконченном развитии иннервации, слабой сократительной способности мышц (64). У подростков наблюдается прогрессивная дифференциация цилиарной мышцы (81,181). В возрасте от 21 до 35 лет в мышце происходят первые изменения, для которых характерно увеличение внутримышечной соединительной ткани. В наших исследованиях наиболее вариабельные реакции аккомодационной системы на зрительную нагрузку отмечались у подростков. У взрослых после 15 дней интенсивной зрительной нагрузки были наиболее всего выражены признаки зрительного утомлениясужение зоны ясного видения. о. с: ос CD X л §.

CL О.

19,9 t1,9 до занятии.

14 через 5 занятий.

23,3.

16,9.

21,2 через 15 занятий через 2 месяца срок наблюдения взрослые подростки.

Ж дети.

Рис. 8 Зрительная продуктивность в различные сроки наблюдения.

У взрослых, подростков и детей определяли зрительную продуктивность. Во всех трех возрастных группах зрительная продуктивность в ходе использования видеошлема достоверно возросла у взрослых в среднем на 3,45%, у подростков на 4,95%, у детей на 1,74% по сравнению с первоначальными данными. Это говорит о том, что активное выполнение игровых ситуаций в условиях видеошлема повышает точность и скорость выполнения корректурной пробы. В данном случае можно говорить о тренировочном воздействии видеошлема на развитие зрительно-моторной реакции и внимание. Этот эффект несколько снизился через 2 месяца после окончания работы с видеошлемом (у взрослыхна 2,08%, у подростковна 1,73%, у дошкольников — на 0,42% по сравнению с данными, полученными сразу после 15 дней занятий).

Таким образом, шлем виртуальной реальности может быть использован с тренировочной целью для развития аккомодационной способности, увеличения зрительной продуктивности, а также для тренировки остроты зрения, в том числе, при амблиопии. Длительное применение видеошлема (15 дней и более) в игровых целях в 75% случаев может приводить к развитию зрительного утомления.