Documente online.
Username / Parola inexistente
  Zona de administrare documente. Fisierele tale  
Am uitat parola x Creaza cont nou
  Home Exploreaza
Upload



















































CONTRIBUTII LA MODELAREA SI SIMULAREA FUNCTIEI VIZUALE IN VEDEREA PROTEZARII SI ORTEZARII   

medicina












ALTE DOCUMENTE

MORFOLOGIA PROCESELOR DISTROFICE
Balneoterapia - Terapia cu ape minerale
Acidoza respiratorie
Alcaloza respiratorie
Fiziopatologia ascitei
Insuficienta respiratorie cronica
Schimbarea ADN
Alternative la institutionalizarea copilului seropozitiv HIV: asistenta maternala, reintegrarea, adoptia, modulele de tip familial
MODELAREA ABSORBTIEI PIROXICAMULUI SI ACIDULUI ACETILSALICILIC DIN COMPRIMATE
CANCERUL si ALIMENTATIA

CONTRIBUTII LA MODELAREA SI SIMULAREA FUNCTIEI VIZUALE IN VEDEREA PROTEZARII SI ORTEZARII   

Biomecanica este stiinta care aplica legile si modurile de rationament ale mecanicii la studiul organismelor vii si, in particular, la om. Cu alte cuvinte, biomecanica este mecanica aplicata in biologie si anatomie.



Concomitent stiinta pura si stiinta aplicata, ea studiaza aspectele fundamentale ale fenomenelor mecanice din material vie si implicatiile lor fiziologice, ca si aspectele mai directe utilitare prin aplicatiile lor in terapeutica si industrie.

De aceea, putem spune ca biomecanica este si biologie si medicina interna si chirurgie si eductie fizica si reeducare neuromotorie si protezare si robotica si probleme industriale legate de sanatatea omului si ergonomie si siguranta rutiera si aeriana si traumatologie etc.

Ca si ramura a biomecanicii, optometria studiaza functiile si functionarea analizorului vizual, metodele si tehnicile de diagnostic si tratament, precum si modelarea functiei optice ca o functie redata printr-un sistem optic perfect.

Prezentul grant propune o tema interdisciplinara sub incidenta biomecanicii si a bioingineriei in general (prin partea de simulare numerica biotribologica a contactului ochi - pleoapa), cu implicatii biotehnologice - tinand cont ca toate metodele analitice si experimentale vizeaza o functie fiziologica umana - si evident optometrica pri 818j96i n modelarea optica, metodele de investigare si aparatura de specialitate. La toate acestea se adauga cunostintele in domeniul modelarii si simularii numerice, precum si a prelucrarilor statistice.

Aflata sub incidenta acestor domenii moderne de cercetare, cele ale optometriei, biomecanicii si bioingineriei in general, domenii ce vor marca cercetarea acestui secol, tema este reprezentativa in dezvoltarea cunoasterii stiintifice viitoare. Ea poate fi privita si ca o problematica a mecanicii fine tinand cont ca aici intervin studii de analiza, modelare si simulare, precum si parte experimentala ce implica aparate si tehnici optometrice (cu specific de mecanica fina si mecatronica).

Proiectul a fost prevazut pe doi ani, dupa cum urmeaza:

I.                   Analiza, modelarea si simularea functiei vizuale in vederea protezarii si ortezarii baze teoretice de cercetare termen 2003

- stadiul actual al cercetarii functiei vizuale;

- modelarea optica a functiei vizuale;

- modelarea biomecanica oculara;

- simularea contactului ochi pleoapa;

- analiza comportarii analizorului vizual la socuri si vibratii.

II.                Cercetarea experimentala pentru realizarea analizei, modelarii si simularii functiei vizuale in vederea protezarii si ortezarii termen 2004

- analiza cercetarilor experimentale ale functiei vizuale;

- metode si tehnici de investigare si tratament a functiei vizuale;

- prelucrare statistica a rezultatelor experimentale obtinute;

- analiza metodelor de protezare si ortezare existente, metode de imbunatatire a acestora.

I.                   Analiza, modelarea si simularea functiei vizuale

in vederea protezarii si ortezarii baze teoretice de cercetare

In scopul definirii corecte a problemelor si pentru a realiza o analiza complexa a functiei vizuale, s-au propus urmatoarele obiective:

      realizarea unui studiu cu privire la stadiul actual al cercetarilor privind tema data, in care sa se abordeze succint:

         anatomia si fiziologia analizorului vizual;

         analiza subsistemului oculomotor;

         analiza functiei vizuale;

         metode si tehnici de cercetare a functiei vizuale;

         interpretari experimentale ale functiei vizuale;

         defectele oculare si principalele metode de protezare si ortezare;

      modelarea optica a functiei vizuale in sensul:

         analizei formarii imaginii pe retina;

         calculului functiei de transfer a retinei;

         simularii optice a functiei vizuale utilizand programe moderne de simulare optica;

      modelarea biomecanica oculara, cu referire la:

         analiza principiilor modelarii in biomecanica oculara;

         modelarea biomecanica a globilor oculari;

         calculul stabilitatii vizuale si a perceptiei spatiale;

      simularea contactului ochi pleoapa, prin care sa se aiba in vedere:

         analiza biotribologica a contactului dintre ochi si pleoapa in timpul alergarii;

         studiul miscarii descendente a pleoapei - inceperea clipirii,

         analiza evenimentului exterior in timpul miscarii pleoapei influenta socului datorat alergarii,

         studiul opririi din miscarea de forfecare simpla.

      analiza comportarii analizorului vizual la socuri si vibratii, urmarindu-se:

         analiza unor modele vibrationale umane;

         propunerea si studiul unui model complet de analiza a comportarii organismului uman la vibratii.

I.1. Realizarea unui studiu cu privire la stadiul actual al cercetarilor privind tema data

Acest studiu prezinta principalele probleme cu privire la stadiul actual al cercetarii functiei vizuale, aspecte ce cuprind: anatomia si fiziologia analizorului vizual; analiza subsistemului oculomotor si a functiei vizuale; metodele si tehnicile de cercetare a functiei vizuale; interpretari experimentale ale functiei; defectele oculare si principalele metode de protezare si ortezare.

In urma studiilor si a cercetarilor, s-au desprins urmatoarele concluzii:

      Ochiul este un sistem senzorial uman responsabil cu functia vederii; acesta are rolul de a transforma un excitant specific, lumina, in senzatie vizuala.

      Analizorul vizual este un sistem unitar functional, care din punct de vedere morfologic si functional cuprinde trei segmente: un segment periferic sau receptor; un segment de conducere, caile nervoase; un segment central sau cerebral.

      Motilitatea oculara este asigurata de sase muschi pentru fiecare ochi si anume: patru muschi drepti si doi muschi oblici.

      Analiza functiei vizuale comporta studiul urmatoarelor componente: stimulul luminos, senzatia de lumina, vederea periferica, senzatia de culoare, vederea binoculara.

      Exista o gama variata de metode si tehnici (clasice sau moderne) de investigare, explorare si testare a functiei vizuale disponibile pentru a realiza analiza acesteia.

      Interpretarile experimentale realizate prin analiza sistemului de modificare a curburii cristalinului, sistemului pozitionarii globului ocular, precum si a constrictiei pupilare au demonstrat ca analizorul vizual este un sistem optic si biomecanic perfect.

      Analiza functiei vizuale scoate in evidenta ametropiiile (tulburarile de refractie oculara), eventualele dezechilibre ale aparatului oculomotor, precum si metodele acestuia de protezare sau ortezare.

I.2. Modelarea optica a functiei vizuale

Pentru a realiza simularea optica a functiei vizuale este necesara realizarea unei modelari matematice a fenomenelor ce implica aceasta functie si anume: analiza formarii imaginii pe retina si calculul functiei de transfer optic. Acest studiu incepe prin a prezenta o modelare a functiei vizuale prin analiza celor trei componente ale sale si anume: senzatia de lumina, vederea colorata si senzatia de forma, face calculul functiei de transfer optic a sistemului vizual si realizeaza simularea optica a acestuia prezentand modelul optic ocular si determinand calitatea imaginii obtinute prin acesta.

Utilizarea programului de simulare optica OSLO presupune:

  introducerea parametrilor geometrici ai sistemului optic: razele de curbura ale lentilelor, grosimea lor pe axa optica si valorile indicilor de refractie.

  stabilirea conditiilor generale de operare;

  reprezentarea bidimensionala a sistemului optic;

  trasarea mersului razelor optice;

  reprezentarea tridimensionala a sistemului;

  calculul aberatiilor optice ale sistemului optic utilizat.

Figura I.2.1. Introducerea datelor de intrare ale sistemului optic

Figura I.2.2. Traseul razelor Figura I.2.3. Analiza diagramei fasciculului de lumina

Figura I.2.4. Functiile de transfer in modulatie Figura I.2.5. Functiile de imprastiere

In dezvoltarea acestui capitol s-au desprins urmatoarele concluzii:

      Modelarea optica oculara presupune analiza formarii imaginii pe retina, ceea ce necesita a se distinge trei elemente diferite: senzatia de lumina, senzatia de culoare si cea de forma.

      Modelul matematic al formarii imaginii pe retina se realizeaza prin modelarea functiei spatio-temporale de formare a imaginii pe retina. Se poate realiza modelul computerizat al formarii imaginii stimulilor prin utilizarea unor serii ortogonale polinomiale Fourier-Hermite sau prin generarea a trei secvente stationare independente ce caracterizeaza procesul formarii de imagini pe retina.

      Analiza vederii colorate comporta trei aspecte: fizic se analizeaza fluxul energetic si intensitatea energetica a radiatiei; psihofizic se cauta o relatie cantitativa intre stimul si stimulare; iar psihosenzorial se analizeaza luminozitatea, tonalitatea si saturatia fasciculului. Modelul analitic se face prin metode de incorporare a informatiei cromatice in coordonatele globilor oculari.

      Senzatia de forma se afla sub influenta fenomenelor de interactiune spatiala si inductie temporala. Modelul analitic pentru studiul senzatiei de forma presupune analiza detectarii campului receptiv prin definirea campurilor receptive simple ce sunt compuse din regiunii inhibitorii (OFF) sau excitante (ON).

      Calculul functiei de transfer a retinei se realizeaza prin analiza functiei de dispersie liniara si a celei de transfer in modulatie.

      Pentru a realiza simularea optica a functiei vizuale este necesar sa se urmareasca parametrii modelului optic ocular si calitatea optica a sistemului. Caracterizarea modelului optic ocular presupune stabilirea parametrilor de baza ai sistemului. Simularea s-a realizat pentru un ochi emetrop, ceea ce presupune, din punct de vedere optic, un ochi perfect.

      Utilizarea programului de simulare optica OSLO presupune: introducerea parametrilor geometrici ai sistemului optic; stabilirea conditiilor generale de operare; reprezentarea sistemului optic; trasarea mersului razelor optice; reprezentarea tridimensionala a sistemului; calculul si verificarea aberatiilor optice ale sistemului optic utilizat; calculul si reprezentarea functiilor specifice (functia de transfer optic, functiile de imprastiere, analiza lungimii de unda etc.).

I.3. Prelucrarea statistica a functiei vizuale

Text Box:  Figura I.3.1.Aceasta cercetare isi propune sa prezinte aspecte legate de anumite prelucrari statistice ale functiei vizuale, precum si o analiza statistica proprie realizata in scopul gasirii cauzelor care influenteaza aparitia si frecventa ametropiilor oculare.

In urma realizarii acestor prelucrari statistice s-au desprins urmatoarele concluzii:

      Hipermetropia este ametropia cu cea mai mare pondere; este mai pronuntata la femei, precum si la studenti, elevi si, in general intelectuali, drept pentru care apare in mod deosebit la tineri; s-a remarcat o pondere importanta in prelucrarile facute a hipermetropilor astigmici;

      Text Box:   Figura I.3.2Miopia are o pondere mai redusa; este mai pronuntata la femei, clasele socio-profesionale nu au o foarte mare influenta, dar este specifica celor cu varsta mai inaintata; miopii astigmici prezinta o pondere destul de putin importanta, dar urmeaza aceleasi caracteristici ca si miopii;

      Din totalul pacientilor, doar 4% au prezentat emetropie, dintre acestia cei mai multi au fost tineri si au prezentat meserii care nu solicita foarte mult vederea.

I.4. Aspecte privind modelarea biomecanica a analizorului vizual

Pentru a intelege mai bine fenomenele legate de miscarile oculare si ceea ce implica acestea, acest studiu prezinta aspecte din biomecanica oculara si anume: principii ale modelarii, probleme privind statica oculara, analiza dinamica a miscarilor oculare, un studiu matematic asupra acestor miscari, precum si calculul stabilitatii vizuale si a perceptiei spatiale si modul in care acest calcul poate fi computerizat.

Prin prezentarea unor aspecte ce privesc modelarea biomecanica a analizorului vizual s-au desprins urmatoarele concluzii:

      Pentru a realiza un model biomecanic complex trebuie cunoscute principiile modelarii pentru un astfel de sistem, avantajele si dezavantajele folosirii unuia sau altuia din tipurile de modele utilizate. Modelarea biomecanica a ochiului presupune in primul rand realizarea unui model analitic judicios intocmit, si aceasta datorita fenomenelor complexe ce intervin in functia vederii.

      Modelarea biomecanica oculara incepe prin a face analiza staticii acestuia prin studiul diferitelor tipuri de pozitii de functie, de repaus sau echilibru anatomic ale ochiului.

      Pentru a realiza analiza miscarilor oculare se studiaza miscarile de deplasare in masa sau de rotatie pe care le efectueaza ochiul, se impun momentul de rotatie si momentul de inertie in raport cu centrul sau de greutate si se determina vitezele sale de rotatie intr-un sistem de coordonate spatial, toate acestea tinand cont de pozitiile oculare primara sau secundara.

      Text Box:  Figura I.4.2. Variatia proiectiei pupilare in functie de unghiul de rotatie a ochiuluiStudiul matematic este prezentat cu scopul determinarii analitice si a reprezentarii grafice a dependentei dintre unghiurile de rotatie ale ochiului (care definesc campul sau vizual) si proiectia sa pupilara.

      Pornind de la un studiu anterior se face calculul stabilitatii vizuale si a perceptiei spatiale in scopul prezentarii unei metode computerizate, ce permite simularea acestor fenomene. Acest calcul presupune parcurgerea urmatoarelor etape:

   analiza cinematica a punctelor fixe, relativ la sistemul de coordonate atasat ochiului;

   analiza cinematica a proiectiei pe retina;

   calculul vitezei unghiulare locale a punctelor imagine;

   reconstructia spatiului stabil tridimensional analiza senzatiei de forma.

I.5. Simularea contactului ochi-pleoapa

Text Box:  
Figura I.5.1. Repartitia presiunii in cazul unui model newtonian



Simularea contactului ochi-pleoapa s-a facut utilizand programul BTHED, realizat pe o statie grafica UNIX, de dl. B. Bou-Said, profesor la INSA Lyon, Franta. Acest program simuleaza cu metoda elementelor finite contactul lubrifiat intre doua geometrii conforme cu cele ale studiului prezent si presupune analiza urmatoarelor faze:

  Miscarea descendenta a pleoapei;

  Eveniment exterior in miscarea pleoapei;

  Oprirea din miscarea de forfecare simpla.

Prin aceasta simulare s-au desprins urmatoarele concluzii:

      S-au definit trei momente importante in acest studiu: demarajul descendent al clipirii (pornirea miscarii pleoapei); socul exterior datorat contactului picior-sol in timpul miscarii descendente a pleoapei; oprirea clipirii pleoapei in faza de baza a miscarii.

      S-a demonstrat ca parametrul corespunzator modulului de forfecare in interiorul scurgerii nu are o influenta prea mare asupra parametrilor regimului permanent;




      Text Box:  
Figura I.5.2. Gradientul de presiune pe directia x pentru un model newtonian
Prin studiul demarajului descendent al pleoapei s-a analizat evolutia diferitelor tensiuni in interiorul lichidului lacrimal si s-a demonstrat ca exista o submodulatie a tensiunilor care influenteaza acuitatea vizuala:

   submodulatie de 100% conduce la o variatie a distantei ochi pleoapa sau ochi lentila de contact de 40%;

   cresterea cu 20% a distantei ochi pleoapa sau ochi lentila de contact presupune existenta unui ochi miop sau hipermetrop;

   in timpul alergarii se introduce o perturbatie superioara celei de masurare a performantelor vizuale.

      In analiza unui eveniment exterior in timpul miscarii pleoapei (de exemplu, in timpul alergarii) s-a demonstrat ca un soc ocazionat de contactul picior sol in timpul alergarii schimba caracteristicile fluidului lacrimal, actionand ca un camp de presiune:

   fluidul lacrimal, in majoritate compus dintr-o faza apoasa, se comporta ca un fluid newtonian;

   adaugand termenii elastici in ecuatii nu se schimba rezultatul deoarece in regim permanent, regimul in care este plasat acest studiu de perturbatie exterioara, termenii elastici nu au o foarte mare influenta.

      In analiza opririi clipirii pleoapei in faza de baza a miscarii s-a aratat ca tensiunea de forfecare si diferenta de tensiuni normale se detensioneaza prin propria viteza.

 

I.6. Comportarea analizorului vizual la socuri si vibratii

In prima parte a acestui studiu sunt evidentiate unele din rezultatele cercetarilor in domeniul influentei socurilor si a vibratiilor asupra organismului uman, iar partea a doua este consacrata studiului teoretic al influentei vibratiilor folosind modele existente si un model propriu propus.

Analiza comportarii la vibratii a organismului uman a condus la urmatoarele concluzii:

      Din punct de vedere analitic, problema comportarii la vibratii a organismului uman si, implicit, a analizorului vizual, este o problema de analiza modala pentru cazul sistemelor mecanice liniare multivariabile invariante in timp.

      In acest grant este prezentat si analizat un model propus pentru studiul comportarii organismului uman la vibratii verticale. Din aceasta analiza s-au desprins urmatoarele concluzii:

   Analiza incepe prin prezentarea logicii de dezvoltare a modelului

   Modelul propus este format din opt elemente Maxwell, care reprezinta: analizorul vizual, capul, viscerele, toracele, centura scapulara, membrele inferioare, pelvisul si membrele inferioare. Sistemele de legatura intre ele de tipul amortizoarelor si a resorturilor reprezinta articulatii, tendoane si muschi de legatura. Organismul este considerat ca fiind supus unei forte sinusoidale ce reprezinta miscarea armonica a pardoselii.

   S-au stabilit ecuatiile de miscare si s-au dedus expresiile matricelor de inertie, a coeficientilor de amortizare si cea a rigiditatilor. Ecuatiile de miscare au fost scrise si sub forma matriceala.

   Utilizand doua metode analitice diferite, s-au gasit pulsatiile proprii cu valori cuprinse in 1,1549 6,7979 rad/s, iar prin compararea acestora s-a constatat ca centura scapulara are cea mai mica pulsatie proprie. In urma calculelor, s-a dedus ca analizorul vizual are o pulsatie proprie de 3,1722rad/s, valoare confirmata si in alte lucrari stiintifice din domeniu. Evident, au fost definite frecventele de rezonanta ale elementelor sistemului cu valori cuprinse intre 0,8294 si 5,4377 Hz. S-au reprezentat modurile proprii de vibratie ale fiecarui element in parte.

  In urma calculelor nu s-a evidentiat o influenta majora a maselor elementelor asupra valorilor pulsatiilor proprii ele elementelor organismului uman. Totusi s-a observat ca variatiile maselor componentelor sistemului dinamic conduc in mare parte la modificari ale pulsatiilor proprii ale viscerelui. Aceasta poate fi o explicatie a faptului ca primul simptom major al atingerii unei frecvente de rezonanta este starea de rau invocata de subiect.

   Compararea modurilor de vibratie cu celelalte modele prezentate este dificil de facut deoarece modurile in care au fost concepute aceste modele sunt diferite. Astfel, s-a observat o similaritate cu modelul Herterich. Diferentele care apar se datoresc faptului ca difera modul in care sunt dispuse masele in organism

   Reprezentarea grafica a solutiilor sistemului a demonstrat ca deplasarile cele mai mari se obtin in cazul in care F = 60, w = 50, iar cele mai mici, chiar insesizabile pentru F = 4, w = 6 (fig. 8.4.7). Deplasarile pentru F = 4, w = 50 sunt, in cele mai multe cazuri mai mari decat F = 60, w = 6.

   Reprezentarea grafica in Maple a influentei pulsatiei si timpului asupra deplasarilor, vitezelor si acceleratiilor elementelor componente ale sistemului a condus la concluzia ca doar asupra ochiului influenta este mai mare. In mod similar se demonstreaza ca modificarea valorii fortei influenteaza semnificativ doar sistemul ocular.

II.                Cercetarea experimentala pentru realizarea

analizei, modelarii si simularii functiei vizuale

in vederea protezarii si ortezarii

In scopul definirii corecte a problemelor si pentru a realiza o analiza complexa a functiei vizuale, s-au propus urmatoarele obiective:

      studiul metodelor si a tehnicilor de investigare si tratament a functiei vizuale:

   studiul metodelor clasice de investigare si tratament ale functiei vizuale;

   studiul metodelor moderne de investigare si tratament ale functiei vizuale (standuri optice cu dispozitive LASER);

      analiza cercetarilor experimentale ale functiei vizuale:

   studiul metodelor de cercetare experimentala a functiei vizuale;

   analiza modului in care studiile teoretice efectuate influenteaza cercetarile experimentale;

   realizarea unui stand propriu de cercetare a functiei vizuale intr-un mediu vibrational;

      prelucrare statistica a rezultatelor:

   achizitionarea datelor experimentale;

   prelucrarea statistica a datelor experimentale;

   compararea datelor experimentale obtinute cu cele din bibliografia de specialitate si interpretarea lor;

      analiza metodelor de protezare si ortezare existente, metode de imbunatatire a acestora:

   studiul si analiza metodelor de protezare si ortezare a functiei vizuale;

   metode de imbunatatire a acestora pornind de la cercetarile experimentale realizate.

 

II.1. Metode si tehnici de investigare si tratament a functiei vizuale

Aceste metode clasice de investigare a functiei vizuale au fost sistematizate dupa cum reiese din tabelul urmator.

Explorarea acuitatii vizuale

Metode de explorare cu optotipi

optotipi

Explorarea refractiei oculare

Metode obiective totale

         Oftalmoscopia directa cu imagine dreapta

         Schiascopia

         Refractometria (optometria)

Metode obiective partiale

         Cheratometria (oftalmometria)

         Explorare cu oftalmometrul topografic

Oftalmoscopul

Schiascopul

Cilindrul Jackson

Cilindrul astitest

Refractometrul

Eriscopul Peter

Oftalmometrul Helmholtz

Explorarea simtului luminos

Explorare cu adaptometrul Goldmann-Weekers

Explorare cu adaptometrul Hartinger

Explorare cu adaptometrul ADM

Adaptometrul Golmann

Adaptometrul Hartinger

Adaptometrul ADM

Explorarea campului vizual

Metode campimetrice

Angioscotometria

Schiascotometria

Perimetria

Campimetre

Angioscometrul Evans

Stereocampimetre Lloyd

Perimetre cu cupola

Explorarea vederii colorate

Metode ce folosesc culori spectrale

Metode ce folosesc culori pigmentare

Colorimetre

Anomaloscoape

Explorarea motilitatii pupilare

Metode de examinare clinica

         Examinarea statica a pupilei

         Examinarea dinamica a pupilei

         Metode speciale de pupilometrie

         Pupilometria de comparatie

         Pupilometria tangentiala

         Pupilometria de proiectie

         Pupilometria diferentiala

Pupilometrul Haab

Discul pupilometric

Perimetru

Aparat Burnke

Pupilometrul Hess

Pupilometrul Engel

Electropupilografic

Inregistrari video

Explorarea oftalmotonusului

Tonometria de indentatie

Tonometria de aplanatie

Metode goniometrice

         Directe sau indirecte

Tonometre

Gonioscoape Koeppe si Shaffer

Goniometre Goldmann, Van Beuningen si Thorne

Explorarea echilibrului oculomotor si a vederii binoculare

Examen obiectiv

Examen subiectiv

Sinoptofor

Amblioscop


Explorarea paraliziilor oculare




Nistamografie

Electromiografie miografica

Electronistamograf

Electromiograf

Alte tehnici si metode de explorare

Fluorometria

Oftalmodinamometria

Angiografia fluorescenta

Electrofiziologia clinica

Echografia oculo-orbitara

Fluoromicroscoape

Oftalmodinamometre

Standuri electrice si electronice

Standuri cu dispozitive LASER

Metodele moderne sunt mai putin variate. Cateva exemple sunt prezentate in tabelul urmator:

Metoda optica pentru determinarea raspunsului pupilar in infrarosu

Elemente componente: S - sursa; C - condensor; D - diafragma; Ob - obiectiv; IR - filtru pentru infrarosu.

Functionare: Imaginea sursei in infrarosu este proiectata pe pupila ochiului. Fluxul incident pe retina este independent de marimea pupilei. Fiecare canal este afectat de patru filtre de densitate neutrala cu atenuarile de 0,5; 1,0; 2,0; 4,0.

Metoda optica pentru determinarea senzatiei de lumina a ochiului uman

Elemente componente: S -sursa de lumina; C -sistem optic de colimare; F -filtru; Ld -lama divizoare; Exp -sistem optic de expandare; Fd -fotodetector; Ob -obiectiv.

Functionare: Fasciculul luminos provenit de la sursa de lumina este colimat cu ajutorul sistemului optic de colimare si traverseaza filtrul, este apoi divizat de lama divizoare. Fasciculul orizontal este expandat de sistemul de expandare si apoi cade incident pe fotodetectorul. Celalalt fascicul traverseaza sistemul optic. Pozitionand fotodetectorul exact in franja paterna a fasciculului se va obtine imaginea transformata de sistemul optic al ochiului.

Metoda optica de analiza a vederii colorate

Elemente componente: L1, , L11 -sisteme optice centrate; Og1, , Og7 -oglinzi; Ld -lame divi-zoare; Cd -cub divizor; Obt -sistem de obturare; S -sistem de iluminare; P, P -filtre de culoare.

Functionare: Ochiul drept, prin intermediul celor trei cai optice realizate din insiruirea de lentile si sisteme de reflexie, este supus unor succesiuni de stimuli cu diferite lungimi de unda. Reactiile la stimulii colorati ai acestui ochi se transmit si la cel stang, unde iluminarea cu un fascicul in infrarosu permite inregistrarea raspunsurilor pupilei ochiului si computerizarea acestora. Sistemul este foarte fiabil si ofera rezultate exacte asupra comportarii analizorului vizual la diversi stimuli, cu diferite lungimi de unda.

Metoda optica de analiza a senzatiei de forma

Elemente componente: Og1, ,Og4 -oglinzi plane; Og5 -oglinda sferica; Og6 -oglinda parabolica; Ld1, , Ld3 -lame divizoare; D1, , D3 - diafragme iris; F1, , F3 -filtre de culoare; FL1, , FL3 -filtre Louvre; SL -sistem lenticular.

Functionare: Cele trei cai optice, realizate prin devierea fasciculelor cu ajutorul sistemelor de reflexie, converg pe retina ochiului de studiat. Se obtine astfel un semnal ce culege informatii asupra senzatiei de forma a ochiului de studiat.

Metoda optica pentru analiza motilitatii pupilare

Elemente componente: PL1, PL2 - lame jumatate de unda; Og1,Og2, Og3 - oglinzi; Cd1, Cd2 - cuburi divizoare; L1, L2, L3 - lentile; P - prisma; F filtru.

Functionare: Asemanatoare cu ce prezentata in exemplul anterior.

Metoda holografica de studiu a functiei vizuale

 

Elemente constructive: KRYPTON - dispozitiv LASER cu krypton; ARGON - dispozitiv LASER cu argon; Og1, Og2, Og3 - oglinzi plane; Cd - cub divizor; SL - sistem lenticular; D - diafragma.

Functionare: Cele doua lungimi de unda ale dipozitivelor LASER se combina pe cubul divizor, obtinandu-se astfel o marime intre 4764,8A corespunzator dispozitivului cu argon si 4762,3A, corespunzator celui cu krypton. Fasciculul astfel obtinut este dirijat prin intermediul oglinzilor pe distantierul optic de interferenta. Standul prezentat este utilizat pentru inregistrarea hologramei in volum a fundului de ochi studiat.

 

Tehnica moderna de studiu a echilibrului oculomotor

Elemente componente: OS -ochiul stang, OD ochiul drept; MT -monitor TV pe care sunt generate doua linii verticale; P -perete despartitor care face ca ochiul stang sa priveasca numai pe linia verticala din stanga, iar cel drept pe cel din dreapta; S -sursa de lumina ce lucreaza in infrarosu; F -filtru pentru infrarosu; Pr -prisma pentru largirea amplitudinii stimulului.

Functionare: Cei doi stimuli sunt primiti de cele doua linii generate de monitorul televizat. Subiectul trebuie sa incerce sa fuzioneze cele doua imagini primite de la cele doua ecrane intr-o singura impresie vizuala. Parametrii stimulului astfel obtinut pot fi calculati functie de distanta dintre ecran si ochii subiectului, de modul de separatie dintre cele doua linii de pe ecrane, de distanta interpupilara a subiectului si de puterea de dispersie a prismei utilizate.


Metoda oftalmoscopica de scanare cu dispozitiv LASER


Elemente componente: L1, , L6 - lentile; Og1, Og2 - oglinzi; M -modulator.

Functionare: Fasciculul provenit de la dispozitivul LASER este mai intai modulat, apoi parcurge sistemul L1-L2-Og1-L3-L4-Og2-L5 si este proiectat pe fundul de ochi al pacientului. Aici, acest fascicul se reflecta, este proiectat prin lentila L6, iar apoi este fotomultiplicat. Standul prezinta posibilitatea atat a studiului elementelor optice refringente ale ochiului, cat si a corectiei eventualelor vicii de refractie ale ochiului.

Metoda optica pentru analiza motilitatii pupilare cu ajutorul radiatiei LASER

 

Elemente componente: LASER - dispozitiv LASER ce lucreaza in infrarosu; L -lama jumatate de unda; Cd1,Cd2 - cuburi divizoare; Og1, Og2, Og3, Og4, Og5, Og6 -oglinzi; P prisma Glan-Thompson; F -filtru; L1, L2, L3 -lentile cu distantele focale f1=10mm, f2=f3=120mm; L4 lentila de corectie; D1 -diafragma; D -pupila de iesire din stand, care trebuie sa coincida cu pupila de intrare in ochi, RD -disc rotativ; PS -prisma Forester.

Functionare: Unda emerge prin lama jumatate de unda de la laserul cu ioni de argon. Prisma Forester desparte fasciculul in doua fascicule polarizate ortogonal de egala intensitate. Cubul divizor Cd1 si oglinda Og3 creeaza o figura de inerferenta cu fasciculul ce parcurge traseul Og1 - Og2 - Cd2. Doua motoare pas cu pas, dirijate de un sistem microprocesorizat, rotesc si translateaza oglinda Og3 astfel incat cele doua fascicule sa se intalneasca in acelasi punct. Prisma de polarizare Glan-Thompson se roteste astfel incat una din cele doua unde polarizate sa se transmita mai departe prin D1 si L1.

 


Metoda de studiu cu ajutorul unui biomicroscop cu dispozitiv LASER

 

Elementele componente: YAG - dispozitiv LASER cu Nd:YAG; He-Ne dispozitiv LASER cu He-Ne; Exp1, Exp2 -expandoare LASER, Og1, Og2 - oglinzi plane; OB -obiectivul biomicroscopului; F -filtru; OC -ocular.

Functionare: Radiatia provenita de la dispozitivul YAG este expandata prin sistemul Exp1, sufera o reflexie pe oglinda Og1 si este proiectata pe ochiul pacientului prin obiectivul OB. Optometristul vizeaza ochiul pacientului utilizand ocularul, care primeste informatii de pe fundul de ochi prin intermediul sistemelor OB si F. Dispozitivul He-Ne este utilizat pentru punerea la punct a sistemului.

 

 

 

 

II.2. Cercetari experimentale ale functiei vizuale

Majoritatea studiilor cantitative privind efectele socurilor si vibratiilor asupra omului se efectueaza in laborator, in conditii simulate si controlate. Din aceste incercari se pot obtine rezultate semnificative numai daca aparatura si metodele folosite pentru masurare sunt adaptate proprietatilor particulare ale sistemului biologic care se studiaza, pentru a se elimina orice influenta a aparaturii asupra comportarii fizice, fiziologice si psihologice a sistemului. Acesti trei parametri trebuie studiati separat, desi complexitatea organismelor vii face ca o astfel de separare (chiar presupunand parametrii independenti) sa fie in cel mai bun caz doar o aproximatie.

Diversitatea sistemelor vii impune stabilirea unor criterii de selectie a datelor experimentale, din cauza diferentelor existente in ceea ce priveste dimensiunile, forma, sensibilitatea si modul de reactie al diferitilor oameni, precum si din cauza ca toti acesti factori se pot modifica cu timpul, cu experienta si cu conditiile ambiante specifice; chiar la un singur individ este necesara, cunoasterea unor date experimentale cu caracter statistic, pentru care trebuie efectuat un numar mare de observatii si un control amanuntit.

Realizarea unui stand de cercetare a functiei vizuale intr-un mediu vibrational

Pentru a verifica valabilitatea modelului teoretic propus, s-a utilizat un stand pentru analiza comportarii organismului uman la socuri si vibratii. Acesta este realizat dupa schema din figura alaturata.

Standul experimental cuprinde urmatoarele element:

        Text Box:  
Figura II.2.1. Conceperea standului experimental




Cilindri hidraulici (2 buc.) - caracteristici: 15 kN, respectiv 10 kN forta dinamica si 250 mm ( 125 mm), respectiv 150 mm ( 75 mm) cursa, forta statica majorata cu 50 %; include conectori pentru traductoare.

        Grup de putere (pompa hidraulica + motor integrat) - caracteristici: 42 l/min debit, motor de 18.5 kW, presiune 21 MPa, capacitate rezervor ulei 174 l; include acumulator, indicatori pentru presiune ulei, temperatura, filtru, conector pentru control de la distanta, conector retea apa, respectiv tablou electric de alimentare si butoane de comanda.

        Sistem digital de control (FlexTest GT Controller):

                   programe de apli-catii: Basic TestWare si Multi-Purpose TestWare - pe platforma Windows;

                   Text Box:  
Figura II.2.2. Alcatuirea standului experimental
servocontrol DC la 100 Hz;

                   generare de functii (sinus, rampa, patrat, combinatii), cu rang de frecventa de la 0,01 Hz la 100 Hz; accepta surse de generare a functiilor externe;

   setare - editare - creare secvente.

        Calculator PENTIUM lll, pe platforma WINDOWS NT v4.0.

        Set calibrare

Standul analizeaza comportarea organismului la vibratii verticale de amplitudine mica. Pe cilindrul hidraulic vertical se monteaza o platforma, pe care se aseaza subiectul, care vizeaza un punct din campul vizual. Controlul standului se realizeaza prin intermediul soft-ului specializat al computer-ului. Datele de intrare sunt in forta sau deplasare, in timp ce frecventa este variabila.

Pentru fiecare valoare a datei de intrare este variata frecventa pana in momentul in care intervin modificari in starea generala a subiectului. Deci, metoda este subiectiva, deoarece exista cauze fiziologice, neurologice si, chiar psihologice ce o influenteaza. Mai mult, rezultatele sunt modificate de la un individ la altul, ca urmare a modului individual in care reactioneaza fiecare organism in parte. Conditiile de mediu intervin si ele prin starea de confort sau disconfort pe care o pot genera.

II.3. Prelucrarea statistica a rezultatelor experimentale

Introducerea unei forte sinusoidale, asemeni celei din modelarea numerica, a condus la urmatoarele concluzii:

Ø                       cresterea fortei pana la valoarea de 30 N nu a intervenit in starea generala a subiectului, iar functia vizuala este in parametri normali;

Ø                       atingerea pragului de 35-40 N a indus stare generala proasta si disconfort;

Ø                       peste 40 N starea s-a agravat, subiectul acuzand pierderea echilibrului, stare generala proasta (ameteli si greturi) si pierderea acuitatii vizuale.

Utilizarea deplasarii actuatorului ca data de intrare conduce la urmatoarele rezultate:

Ø                       s-a marit deplasarea de la 1 la 4 mm, cazuri in care subiectul nu a acuzat modificari in starea generala si nici tulburari ale functiei vizuale indiferent de valoarea frecventei;

Ø                       pentru pragul de 5 mm, variatia frecventei de la 0,5 la 4 Hz nu a indus modificari, in schimb la frecventa de 5 Hz si apoi la 6 Hz starea s-a inrautatit pana la pierderea echilibrului;

Ø                       Text Box:  
Figura II.3.2.
Text Box:  
Figura II.3.3.

Text Box:  
Figura II.3.1.



asemanator s-au desfasurat masuratorile pentru o amplitudine de 10 mm, frecventa de rezonanta s-a situat in jurul valorii de 5 Hz.



II.4. Metode de protezare si ortezare oculare

Cuvantul proteza provine de la cuvintele grecesti pro = in loc si tilhemi = aseza, indicand prin urmare un aparat care trebuie sa inlocuiasca lipsa unui organ in intregime sau numai a unui segment din acesta. Se cunosc mai multe moduri de protezare a analizorului vizual, cum ar fi: implant de cornee, implant de iris, injectarea umorii apoase sau vitroase pentru mentinerea tonusului ocular, implantarea retinei artificiale, dar toate acestea sunt inca in faza de experiment. Se pot utiliza, de asemenea proteze oculare totale, ca de exemplu proteza estetica de ochi (ochiul de sticla), dar care nu este functionala. S-a emis chiar ipoteza protezei oculare totale, dar care sa fie functionala. Totusi, cea mai importanta metoda de protezare este implantarea de cristalin artificial.

Pentru implantarea cristalinului artificial se cunosc trei metode:

                     implantare in camera anterioara, plasat in spatiul dintre cornee si iris si fixat in unghiul camerular;

                     implantare cu fixare iriana, suspendat cu mici anse de marginea pupilara a irisului;

                     implantare cu fixarea in camera posterioara, lentila fiind prevazuta cu sisteme de sustinere elastice, arcuite, cu picioarele in carlig.

Orteza este un aparat, dispozitiv sau instrument care ajuta in functionarea corecta unui organ sau a unui segment al acestuia. Principalele orteze oculare sunt ochelarii de vedere sau de protectie si lentilele de contact.

Ochelarul este un instrument optic care are rolul de a proteja ochiul sau de a corecta anumite defecte ale vederii. Acesta este format din rama propriu-zisa si doua lentile. Rolul principal al ramelor este de a pozitiona cat mai corect lentila pe axul optic al ochilor. Lentilele pentru ochelarii de corectie sunt destinate pentru corectarea viciilor de refractie ale ochiului. Ele sunt confectionate din sticla sau materiale plastice transparente. Din punct de vedere constructiv, lentilele pentru ochelari pot fi: sferice, asferice, combinate, bifocale si prismatice.

Lentile pentru corectie

Lentile combinate

Lentile sfero-torice

Lentile sfero-cilindrice

Lentile cilindru cruce

Lentile axometrice

Lentile convergente

Lentile divergente

Lentile plan convexe

Lentile biconvexe

Lentile periscopice

Lentile punctuale

Lentile menisc

Lentile plan concave

Lentile biconcave

Lentile periscopice

Lentile lenticulare

Lentile menisc

Lentile prismatice

Lentile bifocale

Lentile multifocale

Lentile astigmice

Lentile cilindrice

Lentile torice

Lentile pentru protectie

Lentile filtrante

Lentile protectie la lumina

Lentile absorbante

Lentile protectie industriale

Sticle protectoare incolore

Sticle protectoare colorate

Un alt mod de ortezare a analizorului vizual consta in utilizarea lentilelor de contact. Corectia defectului de refractie este in acest caz realizata prin aplicarea directa pe fata anterioara a corneei a unui sistem optic. Un dezavantaj al lentilelor de contact este ca, in cazul utilizarii lor, poate sa apara un astigmatism rezidual care exista chiar dupa corectarea astigmatismului fetei anterioare a corneei. Avantajele folosirii lentilelor de contact sunt: acuitatea vizuala este in general mult mai buna decat aceea data de lentilele pentru ochelari in toate cazurile de miopie forte; campul de vedere nu este limitat; campul vizual este normal caci nu exista aberatii periferice ca la lentilele pentru ochelari.

Exista urmatoarele categorii de lentile de contact:

         lentilele sclerale sunt lentile care acopera ansamblul conjunctiva si cornee si sunt formate din trei zone distincte: partea sclerala, partea limbica si partea din cornee care prezinta curburi diferite;

         lentilele corneene sunt lentile care acopera corneea si sunt aderente prin proprietatea lor de capilaritate.

         lentile de contact speciale, si anume: lentile usoare pentru corectia miopiei forte; lentile astigmate cu raze de curbura interioare si exterioare, lentile avand o prisma inferioara incorporata care nu se roteste, lentile bifocale pentru afaki sau prezbiti.

III. Concluzii finale si contributii personale

Concluzii generale:

      Studiile efectuate pana in prezent fac posibila cercetarea biomecanica destul de amanuntita a analizorului vizual si realizarea unor modele de studiu complexe si performante ale tuturor aspectelor privitoare la functia vizuala.

      Prin modelarea matematica si simularea numerica a functiei vizuale s-a verificat ca analizorul vizual este un sistem optic perfect, care respecta toate legile opticii in cazul ochiului emetrop si care poate fi considerat baza in proiectarea multor aparate optice (de exemplu, aparate de fotografiat, camere de luat vederi si altele).

      Frecventa ametropiilor depinde de un mare numar de factori: economico-sociali, varsta, profesie, sex etc. De cele mai multe ori greu de decelat. Ei intervin in geneza ametropiilor simple. Precizia statisticilor de mai sus este determinata de factori economici (exista persoane cu probleme oculare care nu se prezinta la medic din cauze economice sau sociale lipsa educatiei in domeniu), precum si de metodele de investigare utilizate.

      Modelarea biomecanica oculara permite analiza miscarilor oculare, determinarea vitezelor unghiulare, calculul perceptiei spatiale si a stabilitatii vizuale pentru a putea efectua corect analiza formarii imaginii pe retina.

      Simularea realizata a condus la concluzia generala ca socurile datorate alergarii pot influenta performanta vizuala, in special in momentul miscarii pleoapelor. Extrapoland, se poate spune ca alergarea influenteaza si contactul ochi - lentila de contact, de aceea este foarte important in recomandarea acestor tipuri de lentile atletilor.

      Ca o concluzie generala se poate spune ca organismul uman modelat ca un sistem de mase, arcuri si amortizoare se comporta asemeni tuturor sistemelor mecanice. Cele mai afectate parti ale organismului sunt ochii, capul (sistemele neurologice) si viscerele. Drept pentru care primele senzatii percepute de organism la rezonanta sunt senzatia de rau (ameteala, greturi), ca si tulburarea vederii si, scade orientarea in spatiu. Functia vizuala este influentata, datorita faptului ca analizorul vizual este un sistem senzorial, dar si datorita orientarii acesteia dupa o axa vizuala, care in timpul vibratiei este serios afectata.

      Tehnicile experimentale de analiza a comportarii organismului uman la socuri si vibratii trebuie sa se efectueze in laborator, in conditii simulate si controlate.

                 Standul experimental folosit este util in analiza comportarii corpului uman la vibratii, prin urmarirea fenomenului de rezonanta a organismului unui subiect in conditiile unei pardoseli aflate in miscare armonica, si scoate in evidenta modul in care aceasta influenteaza functia vizuala.

                 Metoda utilizata este subiectiva, ea fiind influentata de factori de natura fiziologica, neurologica, precum si psihologica.

                 Rezultatele au fost influentate de urmatorii parametri:

         pozitia subiectului - verticala sau inclinata in pozitie verticala subiectul atinge mai repede frecventa de rezonanta;

         pozitia verticala cu mainile pe langa corp sau ridicate influenteaza in mentinerea echilibrului;

         timpul de expunere la vibratii prin marirea acestui timp in organism intervine starea de oboseala, caz in care rezultatele pot fi eronate;

         starea de relaxare a organismului daca muschii sunt tensionati, iar subiectul nu este relaxat, frecventa de rezonanta creste; este si cazul in care subiectul este in pozitie verticala cu mainile pe langa corp sau ridicate;

         refractia oculara eventualele tulburari ale refractiei oculare intervin in masuratori prin faptul ca o ametropie influenteaza acuitatea vizuala, precum si fenomenul de acomodare;

         subiectul este incaltat sau descaltat incaltamintea intervine prin factorul sau de amortizare si datorita contactului direct pe care-l are cu pardoseala;

         greutatea organismului - evidentiata prin testarea mai multor subiecti;

      Acuratetea experimentelor cu deplasari ca date de intrare a fost mai mare decat a celor ce au utilizat forta sinusoidala ca data de intrare.

      Prin metoda experimentala utilizata s-a evidentiat fenomenul de rezonanta a unui organism uman in conditii date si s-au reliefat parametrii care-l influenteaza. Studiul este util in analiza comportarii la vibratii a organismelor ce lucreaza in mediu vibrator (soferi, muncitori) in conditiile unei pardoseli vibrante.

Contributii personale si originale:

In dezvoltarea amplei problematici ce face subiectul acestei lucrari de cercetare, colectivul de autori au adus urmatoarele contributii personale si originale:

      in urma unei analize riguroase si a parcurgerii unui bogat si variat material bibliografic se realizeaza sistematizarea notiunilor anatomice si fiziologice ale analizorului vizual in scopul utilizarii acestora de catre ingineri;

      pornind de la lucrari similare din literatura de specialitate, s-a conceput modele matematice utile analizei formarii imaginii pe retina;

      s-a dedus functia de transfer optic, esentiala caracterizarii sistemului vizual;

      utilizand cel mai modern program de simulare optica OSLO, s-a prezentat modelul optic ocular si s-a analizat calitativ functia vizuala - pentru un ochi emetrop - prin caracteristicile si functiile sale specifice: s-au dedus si reprezentat grafic functiile de transfer optic si cele de imprastiere; s-au analizat aberatiile sistemului optic si modul in care lungimea de unda influenteaza functia vizuala;

      s-a realizat o prelucrare statistica a ametropiilor oculare si s-au evidentiat factorii ce o influenteaza;

      prin utilizarea unui model matematic al miscarilor oculare, s-a analizat si reprezentat grafic dependenta proiectiei pupilare de unghiurile de rotatie ale ochiului;

      pornind de la o lucrare de referinta in domeniu [H2], s-a conceput o schema de computerizare a calculului perceptiei spatiale si al stabilitatii vizuale, necesare caracterizarii biomecanice a analizorului vizual;

      in urma unor stagii de specializare la Laboratorul de Mecanica Contactului, al Institutului National de Stiinte Aplicate din Lyon (Franta) s-a realizat simularea contactului dintre ochi si pleoapa, utilizand medii de programare moderne ce aplica metoda elementului finit;

      conceperea, analiza si verificarea unui model propus pentru studiul comportarii analizorului vizual la vibratii in urma caruia s-a ajuns la concluzia ca organismul uman modelat ca un sistem de mase, arcuri si amortizoare se comporta asemeni tuturor sistemelor mecanice, cele mai afectate parti ale organismului fiind ochii, capul (sistemele neurologice) si viscerele;

      conceperea si realizarea unui stand experimental care verifica modelul teoretic de mai sus.












Document Info


Accesari: 4502
Apreciat:

Comenteaza documentul:

Nu esti inregistrat
Trebuie sa fii utilizator inregistrat pentru a putea comenta


Creaza cont nou

A fost util?

Daca documentul a fost util si crezi ca merita
sa adaugi un link catre el la tine in site

Copiaza codul
in pagina web a site-ului tau.




Coduri - Postale, caen, cor

Politica de confidentialitate

Copyright Contact (SCRIGROUP Int. 2019 )