РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК
ДАЛЬНЕВОСТОЧНОЕ ОТДЕЛЕНИЕ
Институт автоматики и процессов управления
, ,
ФОРМАЛЬНОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ В ОФТАЛЬМОЛОГИИ ДЛЯ МЕДИЦИНСКИХ ОБУЧАЮЩИХ СИСТЕМ
Часть 1
Владивосток 2012
УДК 004.82:004.89
, ,
ФОРМАЛЬНОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ В ОФТАЛЬМОЛОГИИ ДЛЯ МЕДИЦИНСКИХ ОБУЧАЮЩИХ СИСТЕМ. Часть 1. Владивосток: ИАПУ ДВО РАН, 2012.- 28с.
В настоящей работе представлено общее описание модели сценариев обучающих заданий классических методов исследования в офтальмологии. На основе этой модели формально описаны методы исследования центрального зрения. Знания формализованы для медицинского компьютерного тренажера, который планируется использовать для отработки профессиональных знаний, умений и навыков у студентов медицинских вузов.
Публикация рассчитана на разработчиков медицинских компьютерных обучающих систем.
Ответственный редактор д. м.н., профессор
Рецензент д. ф.-м. н., профессор ёв
Работа выполнена при финансовой поддержке
РФФИ, проект -а и ДВО РАН, проект 12-III-А-01-015.
Ó Институт автоматики и процессов управления ДВО РАН
Введение
В современных медицинских обучающих тренажерах и в программах подготовки и обучения, основанных на них, закладываются принципы развития практических навыков с одновременной теоретической подготовкой [1].
Процесс разработки тренажера чрезвычайно трудоемкий, включает несколько последовательных этапов [2], в которых принимают участие следующие группы специалистов: эксперты предметной области, дизайнеры, программисты.
1-ый этап – это логическое (экспертное) описание модели тренажера, его разрабатывают эксперты предметной области медицины.
2-ой этап - это формирование представления виртуального мира медицинского обучающего тренажера, эти задачи решаются экспертами предметной области совместно с дизайнерами.
3-ий этап завершающий, включает реализацию специфических функций обучающего тренажера, эту работу выполняют программисты.
На этапе экспертного описания модели тренажера необходимо формально представить: множество существенных для предметной области объектов, их атрибуты, отношения и множество действий, которые можно выполнять с объектами виртуально мира. Затем сформировать сценарий, в соответствии с которым будет осуществляться проверка действий, выполненных пользователем [3].
В данной работе представлены результаты первого этапа разработки медицинского компьютерного обучающего тренажера для предметной области "Офтальмология". Тренажер планируется использовать для отработки профессиональных знаний, умений и навыков у студентов медицинских вузов, на учебном курсе "Глазные болезни" [4].
Сформированы сценарии обучающих заданий следующих классических методов исследования в офтальмологии: методы исследования центрального зрения (1,2,3,4), методы исследования периферического зрения (5,6,7), методы исследования оптической системы глаза (8,9), исследование бинокулярного зрения (10).
Классические методы исследования в офтальмологии
1. Определение остроты зрения по таблицам.
2. Определение остроты зрения по оптотипам .
3. Определение остроты зрения пальцевой методикой "счет у лица".
4. Исследование цветоощущения по таблицам .
5. Исследование поля зрения методом периметрии.
6. Исследование поля зрения методом кампиметрии.
7. Определение светоощущения (светопроекции).
8. Определение клинической рефракции субъективным методом.
9.Определение клинической рефракции объективным методом (скиаскопия).
10. Исследование бинокулярного зрения.
Работа состоит из двух частей. В первой части представлено общее описание модели сценариев обучающих заданий и на основе этой модели формально описаны методы исследования центрального зрения. Во второй части работы представлены: методы исследования периферического зрения, методы исследования оптической системы глаза и исследование бинокулярного зрения.
Описание структуры модели сценария
Модель сценария обучающего задания каждого метода исследования включает следующие разделы:
Общее описание сцены.
Объекты виртуального окружения, участвующие в сценарии.
Методика исследования.
Формальное описание объектов.
Формальное описание действий.
Начальное состояние объектов сценария.
Схема сценария.
Общее описание сцены
В этом разделе представлено неформальное описание общей сцены проведения обучающих заданий: расположение объектов в кабинете врача (элементов сцены), связи между ними (если имеются), специфические особенности обстановки, в которой происходят исследования пациента.
Объекты виртуального окружения
В этом разделе описываются все объекты, участвующие в сценарии.
Методика исследования (неформальное описание)
В этом разделе описывается процесс исследования пациента классическим методом исследования в офтальмологии, который используется для правильной постановки диагноза. Материал взят из литературных источников, учебных пособий по глазным болезням для студентов медицинских вузов [4,5,6].
Формальное описание объектов
В разделе представлено описание каждого объекта сценария, согласно онтологии объектов [7,8] виртуального мира диагностического компьютерного тренажера. В соответствии с онтологией, объекты виртуального мира компьютерного тренажера имеют разную структуру, роль, поведение и отображение. Каждый объект обладает набором атрибутов, определяющих присущие ему свойства, положение в пространстве и т. д. Исходя из этого, выделены следующие основные классы объектов:
· Простой (неизменяемый) объект.
· Изменяемый объект.
· Составной объект.
· Массив (регулярная структура).
Простой (неизменяемый) объект – это объект, обладающий набором атрибутов, которые не изменяются в процессе воспроизведения сцены. Простой объект можно назвать "базовым" в силу того, что от него наследуются все остальные типы объектов. Кроме того, простой объект обладает набором обязательных атрибутов логического уровня и уровня представления:
· имя – уникальный идентификатор объекта, термин предметной области;
· тип – атрибут, определяющий принадлежность данного объекта к определенному классу объектов;
· описание – текстовое описание объекта, которое делает эксперт предметной области для пояснения его предназначения;
· модель - содержит ссылку на файл к полному описанию 3d-модели;
· текстуры (текстура) – это растровое изображение, накладываемое на одну из поверхностей модели для придания ей цвета, окраски или иллюзии рельефа;
· координаты - три вещественных числа (координаты x, y, z), которые определяют положение объекта на сцене в мировой системе координат;
· углы вращения - три вещественных числа, углы вращения вокруг осей x, y, z (от нуля до 360 градусов). Это независимые числа и могут быть разными в разных состояниях объекта;
· коэффициенты масштабирования - три вещественных числа, множители по осям x, y, z, которые необходимы для изменения размеров объекта.
Примерами простых объектов для офтальмологического медицинского обучающего тренажера являются: "стол врача", "стул для пациента" "кушетка" и др. - они являются простыми "декорациями", которые не изменяются в процессе работы приложения. Для них достаточно определить, как они выглядят и где находятся в сцене виртуального мира.
Изменяемый объект – это объект, который является расширением неизменяемого объекта, т. е. обладает всеми атрибутами, которые есть у простого объекта, а также включает множество изменяемых атрибутов, которые могут быть самостоятельными или объединены в логические группы – состояния. Каждое состояние определяется совокупностью текущих значений атрибутов, которые они могут принимать в ответ на действия, происходящие на виртуальной сцене. В описании объектов виртуального мира предметной области "Офтальмология. Проверка зрения" можно выделить следующие изменяемые объекты: "окклюдер", "скиаскоп", "аппарат Рота" и др. Объект "окклюдер" имеет одну и ту же модель и текстуры, следовательно, эти атрибуты у него – постоянные. С другой стороны, по сценарию исследования пациента, окклюдер изменяет свои состояния: сначала лежит на столе, затем находится в руке пациента, затем закрывает левый глаз пациента, затем закрывает правый глаз пациента и т. д. Кроме того, объект "окклюдер" в течение работы может иметь разные координаты и повороты, которые, соответственно, должны отображаются в его состояниях.
Составной объект – это объект, который наследуется от изменяемого объекта, обладает всеми его атрибутами и может содержать дочерние объекты, образуя иерархию. У объекта может быть указано несколько дочерних объектов. Дочерние объекты могут быть объектами любых типов. Примером составного объекта является объект "пациент", его дочерними объектами являются: "рука правая", "рука левая", "глаз правый", "глаз левый" и т. п.
Массив (регулярная структура) – это объект, предназначенный для описания, хранения и управления набором (множеством) подобных или одинаковых объектов. Массив наследуется от изменяемого объекта. Элементы массива содержат дополнительные атрибуты, определяющие уникальность объектов массива. Примерами объекта массив являются объекты: "набор линз", "оптотипы Поляка", "таблица Сивцева" и т. п.
Формальное описание действий
Формальное описание действий основано на описании онтологии, представленной в работах [8,9]. Выделяются следующие основные виды действий:
· командные действия - это действия, которые пользователь совершает над объектами вне пространства виртуальной среды (с помощью элементов интерфейса);
· интерактивные действия – это действия, которые пользователь совершает над объектами, находясь в пространстве виртуальной среды.
Действия могут быть индивидуализированы с помощью входных параметров. Одно и то же действие можно выполнять над разными объектами. Входные параметры определяют, над каким конкретно объектом выполняется действие.
Действия включают получение, обработку и передачу результатов. Результаты действий могут быть связаны с изменением виртуальной среды обучающей системы или получением некоторой информации. Изменение виртуальной среды предполагает изменение объектов виртуальной сцены путем изменения их состояний. Информация, которую можно получить в результате действий, необходима пользователю для анализа и планирования дальнейших действий. Таким образом, можно выделить два основных вида действий по назначению:
· действия, изменяющие объекты виртуальной среды;
· действия, возвращающие полезную информацию пользователю.
В зависимости от назначения действия они включают различные параметры. Если действие предполагает изменение каких-то объектов, в описании действия указывается, какие это должны быть объекты и какие состояния у них должны быть изменены. Если действие должно возвращать результат пользователю, то у этого действия определяются атрибуты, описывающие возможные результаты. Результат действия может зависеть от атрибутов объектов. В этом случае в описании действия указываются атрибуты объектов и результаты, которые соответствуют каждому из значений атрибута (либо подмножествам значений). Если определение значения результата зависит от оценки результата, то описываются все возможные варианты оценок результатов. Для описания всех возможных вариантов соответствий результатов и атрибутов объектов используются наборы значений. Наборы значений атрибутов и результатов – это множество кортежей, каждый из которых содержит варианты значений для всех тестируемых атрибутов и значение (или множество значений) результата (или оценки результата).
Результаты действий бывают двух видов: простые и сложные. Простой результат – это конечное множество значений, и тогда в наборах значений указывается "результат" и его значение. Сложный результат включает в себя оценку результата и метод (функцию) получения результата по оценке, и тогда в наборах значений указывается его "оценка" и значение оценки.
Результат действия состоит из двух частей:
· результат в виртуальной среде – это полученный результат, который отображается пользователю в виртуальной среде после завершения действия. Например, если пользователь спрашивает пациента "где находится разрыв кольца?", тогда отображением результата будут его ответы: "сверху", "снизу", "справа", "слева";
· результат для сценария – это результат, который передается в сценарий обучающих заданий для анализа и не отображается пользователю.
Начальное состояние объектов сценария
В этом разделе определено состояние объектов в начальном состоянии виртуальной сцены.
Схема сценария
В этом разделе представлено графическое изображение последовательности действий, которые должен выполнить пользователь в ходе проведения обучающего задания. С одной стороны, сценарий представляет собой граф, в узлах которого находятся действия, а дуги являются переходами от одних действий к другим. С другой стороны, сценарий – это последовательность некоторых логических этапов, где каждый этап представляет собой некоторое объединенное в группу множество узлов. Этапы могут иметь параметры, уточняющие особенности его выполнения. Например, если на этапе ожидается проведение всех действий с левым глазом, тогда для этого этапа устанавливается соответствующий параметр "глаз: левый" – и все действия в рамках этапа будут проводиться с левым глазом. Узлы графа представляют собой ожидаемые от пользователя действия, связанные дугами (переходами). Переходы могут быть:
· фиксированные – это постоянные переходы, которые не имеют зависимости от результата;
· по результату – это переходы, которые зависят от результата действия, имеют несколько взаимоисключающих вариантов переходов;
· с условием – это переходы, которые выполняются только при наличии выполненного условия, независимо от конкретных результатов предыдущего действия.
Сценарии методов исследования
1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСТРОТЫ ЗРЕНИЯ ПО ТАБЛИЦАМ
Общее описание сцены
Освещенная комната, стул для пациента находится у окна, пациент сидит на стуле спиной к окну, аппарат Рота висит на стене, напротив окна, на расстоянии 5 м от пациента на высоте 1,2 м от пола, таблица для определения остроты зрения находится в аппарате Рота, стол для инструментария стоит у окна или стены, окклюдер лежит на столе.
Объекты виртуального окружения
Стул, стол медицинский, пациент, аппарат Рота, таблица для определения остроты зрения, окклюдер ручной.
Методика исследования
Врач включает аппарат Рота, таблица становится хорошо освещенной. Врач просит пациента взять со стола окклюдер в левую руку, закрыть окклюдером левый глаз, затем подходит к таблице для определения остроты зрения и проводит опрос пациента, начиная с 10-ой строки таблицы. Врач, показывая указкой на каждый оптотип (буква, кольцо с разрывом, картинка) 2-3 секунды, спрашивает у пациента, что тот видит. Острота зрения оценивается по той строке, какую видит пациент. Считается, что пациент видит строку, если он назовет все буквы (оптотипы) этой строки без ошибок – это касается строк с 1-ой по 5-ю. С 6-ой по 9-ю строки допускается погрешность в одну букву (оптотитп), а на 10-ой строке пациент может ошибиться 2 раза, и это будет означать, что острота зрения будет вычисляться по десятой строке. Врач повторяет "опрос" пока не определит остроту зрения правого глаза. Затем врач просит пациента открыть левый глаз, переложить окклюдер в правую руку, закрыть окклюдером правый глаз и повторяет опрос по таблице так же, как описано выше, исследуя остроту зрения левого глаза. После определения остроты зрения левого глаза, врач просит пациента открыть правый глаз и положить окклюдер на стол.
Формальное описание объектов
Пациент
имя: "пациент",
тип: составной,
описание: "человек, подвергающийся медицинскому обследованию, наблюдению и/или лечению",
дочерние объекты: ["рука правая", "рука левая", "глаз правый", "глаз левый"]
имя: "рука правая",
тип: изменяемый,
описание: "управляемая часть пациента",
множество состояний: ["лежит на коленях", "держит окклюдер", "закрывает окклюдером правый глаз"],
имя: "рука левая",
тип: изменяемый,
описание: "управляемая часть пациента",
множество состояний: ["лежит на коленях", "держит окклюдер", "закрывает окклюдером левый глаз"],
имя: "глаз правый",
тип: изменяемый,
описание: "орган зрения пациента",
множество состояний: ["открыт", "закрыт окклюдером"],
острота зрения: [1,0 – 0,1],
имя: "глаз левый",
тип: изменяемый,
описание: "орган зрения пациента",
множество состояний: ["открыт", "закрыт окклюдером"],
острота зрения: [1,0 – 0,1].
Окклюдер ручной
имя: "окклюдер",
тип: изменяемый,
описание: "щиток из непрозрачного материала с ручкой для прикрытия одного глаза при проверке остроты зрения другого глаза",
множество состояний: ["лежит на столе", "в левой руке пациента" "в правой руке пациента", "закрывает левый глаз", "закрывает правый глаз"].
Аппарат Рота
имя: "аппарат Рота",
тип: изменяемый,
описание: "осветитель таблиц для исследования остроты зрения",
множество состояний: ["выключен", "включен"].
Таблица для определения остроты зрения Сивцева"
имя: "таблица Сивцева",
тип: массив,
описание: "таблица, состоящая из 12 рядов (строк) оптотипов "буквы",
элементы:
1: ["Ш", "Б"],
2: ["М", "Н", "К"],
3: ["Ы", "М", "Б", "Ш"],
4: ["Б", "Ы", "М", "К", "Н"],
5: ["И", "Н", "Ш", "М", "К"],
6: ["Н", "Ш", "Ы", "И", "К", "Б"],
7: ["Ш", "И", "Н", "Б", "К", "Б"],
8: ["К", "Н", "Ш", "М", "Ы", "Б", "И"],
9: [" Б", "К", "Ш", "М", "И", "Ы", "Н"],
10: ["Н", "К", "И", "Б", "М", "Ш", "Ы", "Б"],
11: ["Ш", "И", "Н", "К", "М", "И", "Ы", "Б"],
12: ["И", "М", "Ш", "Ы", "И", "Б", "М", "К"].
Таблица для определения остроты зрения Головина
имя: "таблица Головина",
тип: массив,
описание: "таблица, состоящая из 12 рядов оптотипов "кольца Ландольта" (кольца с разрывом слева, справа, вверху, внизу) "
элементы: (указано положение разрыва у кольца)
1: ["слева", "справа"],
2: ["справа", "внизу", "слева"],
3: ["внизу", "слева", "вверху", "справа"],
4: ["слева", "вверху", "внизу", "справа", "вверху"],
5: ["справа", "слева", "внизу", "вверху", "слева"],
6: ["внизу", "справа", "вверху", "слева", "справа", "внизу"],
7: ["слева", "внизу", "слева", "справа", "внизу", "слева"],
8: ["справа", "слева", "вверху", "внизу", "справа", "вверху", "справа"],
9: ["вверху", "внизу", "слева", "справа", "вверху", "слева", "внизу"],
10: ["справа", "слева", "вверху", "слева", "внизу", "справа", "вверху", "слева"],
11: ["слева", "вверху", "внизу", "справа", "внизу", "вверху", "слева", "внизу"],
12: ["вверху", "слева", "вверху", "внизу", "справа", "слева", "внизу", "слева"].
Таблица для определения остроты зрения у детей
имя: "таблица Орловой ",
тип: массив,
описание: "таблица, состоящая из 12 рядов оптотипов "картинки",
элементы:
1: ["звездочка", "гриб"],
2: ["машина"],
3: ["кольцо с разрывом слева", "самолет", " лошадка"],
4: ["ёлочка", "петушок", "мотоцикл"],
5: ["машина", "самолет", "кольцо с разрывом внизу", "слон"],
6: ["кольцо с разрывом вверху", "машина", "звездочка", "лошадка", "гриб"],
7: ["петушок", "ёлочка", "слон", "мотоцикл", "самолет"],
8: ["кольцо с разрывом внизу", "лошадка", "машина", "гриб", "петушок", "слон"],
9: "самолет", "мотоцикл", "звездочка", "лошадка", "кольцо с разрывом справа", "елочка"],
10: ["лошадка", "ёлочка", кольцо с разрывом вверху", "слон", "машина", "мотоцикл", "гриб"],
11: ["кольцо с разрывом внизу", "самолет", "мотоцикл", "слон", "звездочка", "петушок", "лошадка"],
12: ["лошадка", "гриб", "кольцо с разрывом справа", "самолет", "мотоцикл", "звездочка", "слон", ёлочка"].
Стол медицинский
имя: "стол",
тип: простой,
описание: "предмет мебели, состоящий из горизонтальной поверхности (столешницы) и основания, предназначенный для размещения медицинского инструментария".
Стул
имя: "стул",
тип: простой,
описание: "предмет мебели, имеющий ножки и спинку, предназначенный для сидения одного пациента".
Формальное описание действий
Включить аппарат Рота
имя: "включить аппарат Рота",
тип: интерактивное действие,
описание: "пользователь нажимает на аппарат Рота, он включается и освещает таблицу",
состояния объектов: {
объект "аппарат Рота", состояние "включен"}.
Взять окклюдер
имя: "взять окклюдер",
тип: командное действие,
описание: "пациент берет со стола окклюдер в левую руку",
состояния объектов: {
объект "рука левая", состояние "держит окклюдер",
объект "окклюдер", состояние "в левой руке пациента"
объект "рука правая", состояние "держит окклюдер",
объект "окклюдер", состояние "в правой руке пациента"}.
Закрыть левый глаз
имя: "закрыть левый глаз",
тип: командное действие,
описание: "пациент закрывает окклюдером левый глаз",
состояния объектов: {
объект "рука левая", состояние "закрывает окклюдером левый глаз",
объект "окклюдер", состояние "закрывает левый глаз"}.
Открыть левый глаз
имя: "открыть левый глаз",
тип: командное действие,
описание: "пациент убирает окклюдер от левого глаза и опускает руку",
состояния объектов: {
объект "рука левая", состояние "держит окклюдер",
объект "окклюдер", состояние "в левой руке пациента"}.
Назвать буквы на строке
имя: "назвать буквы на строке",
тип: интерактивное действие,
описание: "пользователь щелкает мышкой по строке на таблице, чтобы пациент назвал буквы на этой строке",
входные параметры: [объект "таблица Сивцева", атрибут "элементы"],
результат: определяется номером строки,
оценка результата: ["0 ошибок", "1 ошибка", "2 ошибки"", ">2ошибок", "не видит"],
параметры оценки результата:
острота: [{объект "глаз правый", атрибут "острота зрения"}, {объект "глаз левый", атрибут "острота зрения"}],
строка: {объект "таблица Сивцева", атрибут "элементы"},
наборы значений:
острота: 0.1
[оценка:"0 ошибок", строка: 1],
[оценка:"1 ошибка", строка: 2-12],
[оценка:"2 ошибки", строка: 2-12],
[оценка:">2 ошибок", строка: 2-12],
[оценка: "не видит", строка: 2-12];
острота: 0.2
[оценка:"0 ошибок", строка: 2],
[оценка:"1 ошибка", строка: 3-12],
[оценка:"2 ошибки", строка: 2-12],
[оценка:">2 ошибок", строка: 2-12],
[оценка: "не видит", строка: 2-12];
острота: 0.3
[оценка:"0 ошибок", строка: 3],
[оценка:"1 ошибка", строка: 3],
[оценка:"2 ошибки", строка: 4-12],
[оценка:">2ошибок", строка: 4-12],
[оценка: "не видит", строка: 4-12];
острота: 0.4
[оценка:"0 ошибок", строка: 4],
[оценка:"1 ошибка", строка: 4],
[оценка:"2ошибки", строка: 5-12],
[оценка:">2 ошибок", строка: 5-12],
[оценка: "не видит", строка: 5-12];
острота: 0.5
[оценка:"0 ошибок", строка: 5],
[оценка:"1 ошибка", строка: 5],
[оценка:"2 ошибки", строка: 6-12],
[оценка:"> 2ошибок", строка: 6-12],
[оценка:"не видит", строка: 5-12];
острота: <0.1
["не видит", строка: 1-12],
["1 ошибка", строка: 1-12],
["2 ошибки", строка: 1-12],
[">2ошибок", строка: 3-12].
Переложить окклюдер
имя: "переложить окклюдер",
тип: командное действие,
описание: "пациент перекладывает окклюдер из левой руки в правую руку",
состояния объектов: {
объект "окклюдер", состояние "в правой руке пациента",
объект "рука правая", состояние "держит окклюдер",
объект "рука левая", состояние "лежит на коленях"}.
Закрыть правый глаз
имя: "закрыть правый глаз",
тип: командное действие,
описание: "пациент закрывает окклюдером правый глаз",
состояния объектов: {
объект "рука правая", состояние "закрывает оккюдером правый глаз",
объект "окклюдер", состояние "закрывает правый глаз"}.
Открыть правый глаз
имя: "открыть правый глаз",
тип: командное действие,
описание: "пациент убирает окклюдер от правого глаза и опускает руку",
состояния объектов: {
объект "рука правая", состояние "держит окклюдер",
объект "окклюдер", состояние "в правой руке пациента"}.
Положить окклюдер
имя: "положить окклюдер",
тип: командное действие,
описание: "пациент кладет окклюдер на стол",
состояния объектов: {
объект "рука правая", состояние "лежит на коленях",
объект "окклюдер", состояние "лежит на столе"}.
Выключить аппарат Рота
имя: "выключить аппарат Рота",
тип: интерактивное действие,
описание: "пользователь нажимает на аппарат Рота, и он выключается",
состояния объектов: { объект "аппарат Рота", состояние "выключен" }.
Начальное состояние объектов сценария
объект "рука правая", состояние "лежит на коленях",
объект "рука левая", состояние "лежит на коленях",
объект "окклюдер", состояние "лежит на столе",
объект "аппарат Рота", состояние "выключен".
Схема сценария
Графическое изображение сценария "Определение остроты зрения по таблицам" представлено на рис. 1 (см. Приложение).
2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСТРОТЫ ЗРЕНИЯ ПО ОПТОТИПАМ Б. Л. ПОЛЯКА
Общее описание сцены
Освещенная комната, пациент сидит на стуле, врач стоит напротив пациента на расстоянии 5м, оптотипы "кольца Ландольта" (набор 6 штук разных размеров), "трехлинейные знаки" (набор 6 штук разных размеров) лежат на столе, окклюдер ручной лежит на столе.
Объекты виртуального окружения
Пациент, стул, стол медицинский, окклюдер ручной, оптотипы Поляка.
Методика исследования
Врач просит пациента взять со стола окклюдер в левую руку, закрыть окклюдером левый глаз, берет оптотип №1 из наборов "кольца Ландольта" или "трехлинейные знаки" со стола и показывает пациенту на расстоянии 5м от него. Врач задает вопрос пациенту: "где разрыв у кольца?" ИЛИ "в какую сторону направлен знак?". Ответ пациента: "не вижу", "вверху", "внизу", "справа", "слева". Врач поворачивает оптотип на 45°, задает вопрос пациенту, ответ пациента, затем опять поворачивает оптотип на 45°, задает вопрос пациенту, ответ пациента, затем опять поворачивает оптотип на 45°, задает вопрос пациенту, ответ пациента. Оценка результата проводится следующим образом: если нет ошибок, острота зрения вычисляется по формуле: 5м:50м =0,1, если имеется 1 и более ошибок – врач приближает оптотип на 1м к пациенту и продолжает опрос, если нет ошибок при опросе, острота зрения определяется по расстоянию до пациента: 4м:50м=0,08, если опять ошибки - приближается еще на 1м и так, пока до пациента не будет 1м. Определив остроту зрения правого глаза, врач просит пациента открыть правый глаз, взять окклюдер в правую руку, закрыть окклюдером правый глаз, отходит на расстояние 5м и повторяет те же действия и опрос как описано выше, исследуя остроту зрения левого глаза. После определения остроты зрения левого глаза, врач просит пациента открыть левый глаз и положить окклюдер на стол.
Формальное описание объектов
Пациент
имя: "пациент",
тип: составной,
описание: "человек, подвергающийся медицинскому обследованию, наблюдению и/или лечению",
дочерние объекты: ["глаз правый", "глаз левый"]
имя: "глаз правый",
тип: изменяемый,
описание: "орган зрения пациента",
множество состояний: ["открыт", "закрыт окклюдером"],
острота зрения: [0,1- 0,01],
имя: "глаз левый",
тип: изменяемый,
описание: "орган зрения пациента",
множество состояний: ["открыт", "закрыт окклюдером"],
острота зрения: [0,1- 0,01].
Окклюдер ручной (см. описание объектов, Определение остроты зрения (ОЗ) по таблицам).
Оптотипы Поляка "кольца Ландольта"
имя: "оптотипы "кольца Ландольта",
тип: массив,
описание: "набор картинок "кольца Ландольта" (кольцо с разрывом), состоящий из 6 однотипных, но разных по величине знаков для определения остроты зрения ниже 0,1",
элементы:
1: [оптотип №1],
2: [оптотип №2],
3: [оптотип №3],
4: [оптотип №4],
5: [оптотип №5],
6: [оптотип №6].
множество состояний: ["лежит на столе", "в руке врача, разрыв справа", "в руке врача, разрыв слева", "в руке врача, разрыв вверху", "в руке врача, разрыв внизу"],
расстояние до пациента: [5м, 4м, 3м, 2м, 1м].
Оптотипы Поляка "трехлинейные знаки"
имя: "оптотипы "трехлинейный знак",
тип: массив,
описание: "набор картинок "трехлинейные знаки" (три палочки в виде стрелки), состоящий из 6 однотипных, но разных по величине знаков для определения остроты зрения ниже 0,1",
элементы:
1: [оптотип №1],
2: [оптотип №2],
3: [оптотип №3],
4: [оптотип №4],
5: [оптотип №5],
6: [оптотип №6].
множество состояний: ["лежит на столе", "в руке врача, направлен вправо", "в руке врача, направлен влево", "в руке врача, направлен вверх", "в руке врача, направлен вниз"],
расстояние до пациента: [5м, 4м, 3м, 2м, 1м].
Стул (см. описание объектов "Определение ОЗ по таблицам").
Стол (см. описание объектов "Определение ОЗ по таблицам").
Формальное описание действий
Взять окклюдер (см. описание действий "Определение ОЗ по таблицам").
Закрыть левый глаз (см. описание действий "Определение ОЗ по таблицам").
Взять оптотип
имя: "взять оптотип",
тип: интерактивное действие,
описание: "пользователь берет оптотип со стола",
входные параметры: [объект "оптотипы "кольца Ландольта"", атрибут "элементы"],
состояние объектов: {
объект "оптотипы "кольца Ландольта"", состояние "в руке врача"}.
Задать вопрос "где разрыв у кольца?"
имя: "где разрыв у кольца?"
тип: командное действие,
описание: "пользователь выбирает команду из списка",
входные параметры: [объект "оптотипы "кольца Ландольта", атрибут "элементы"],
результат: ["разрыв справа", "разрыв слева", "разрыв вверху", "разрыв внизу", "не вижу"],
оценка результата: ["верно", "неверно", "не видит"],
параметры оценки результата:
острота: [{объект "глаз правый", атрибут "острота зрения"}, {объект "глаз левый", атрибут "острота зрения"}],
оптотип: {объект "оптотипы "кольца Ландольта", атрибут "элементы"},
расстояние: {объект "оптотипы "кольца Ландольта", атрибут "расстояние до пациента"};
наборы значений:
острота: 0.1
[оценка: "верно", оптотип: 1, расстояние: 5м];
острота: 0.09
[оценка: {"неверно", "не видит"}, оптотип: 2, расстояние: 5м]
[оценка: "верно", оптотип: 2, расстояние: 4м];
острота: 0.08
[оценка: {"неверно", "не видит"}, оптотип: 1, расстояние: 5м]
[оценка: "верно", оптотип: 1, расстояние: 4-1м];
острота: 0.07
[оценка: {"неверно", "не видит"}, оптотип: 2, расстояние: 4м]
[оценка: "верно", номер: 2, расстояние: 3-1м];
острота: 0.06
[оценка: {"неверно", "не видит"}, оптотип: 1, расстояние: 4м]
[оценка: "верно", оптотип: 1, расстояние: 3-1м];
острота: 0.05
[оценка: {"неверно", "не видит"}, оптотип: 2, расстояние: 3м]
[оценка: "верно", оптотип: 2, расстояние: 2-1м];
острота: 0.04
[оценка: {"неверно", "не видит"}, оптотип: 1, расстояние: 3м]
[оценка: "верно", оптотип: 1, расстояние: 2-1м];
острота: 0.03
[оценка: {"неверно", "не видит"}, оптотип: 2, расстояние: 2м]
[оценка: "верно", оптотип: 2, расстояние: 1м],
острота: 0.02
[оценка: {"неверно", "не видит"}, оптотип: 1, расстояние: 2м]
[оценка: "верно", оптотип: 1, расстояние: 1м];
острота: 0.01
[оценка: {"неверно", "не видит"}, оптотип: 2, расстояние: 1].
Повернуть оптотип
имя: "повернуть оптотип",
тип: интерактивное действие,
описание: "пользователь поворачивает оптотип на 45°, щелкнув мышкой по оптотипу",
состояние объектов: {
объект "оптотипы "кольца Ландольта"", состояние: ["в руке врача, разрыв справа"", "в руке врача, разрыв слева", "в руке врача, разрыв вверху", "в руке врача, разрыв внизу"]}.
Приблизить оптотип
имя: "приблизить оптотип",
тип: интерактивное действие,
описание: "пользователь приближает оптотип на 1м к пациенту",
входные параметры: [объект "оптотипы "кольца Ландольта", атрибут "расстояние до пациента"].
Положить оптотип
имя: "положить оптотип",
тип: интерактивное действие,
описание: "пользователь кладет оптотип на стол",
состояние объектов: {
объект "оптотипы "кольца Ландольта", состояние "лежит на столе".}
Открыть левый глаз (см. описание действий "Определение ОЗ по таблицам").
Переложить окклюдер (см. описание действий "Определение ОЗ по таблицам").
Закрыть правый глаз (см. описание действий "Определение ОЗ по таблицам").
Открыть правый глаз (см. описание действий "Определение ОЗ по таблицам").
Положить окклюдер (см. описание действий "Определение ОЗ по таблицам").
Начальное состояние объектов сценария
объект "рука правая", состояние "лежит на коленях",
объект "рука левая", состояние "лежит на коленях",
объект "окклюдер", состояние "лежит на столе",
объект "оптотипы "кольца Ландольта, состояние "лежит на столе".
Схема сценария
Графическое изображение сценария "Определение остроты зрения по оптотипам " представлено на рис. 2 (см. Приложение).
3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСТРОТЫ ЗРЕНИЯ
ПАЛЬЦЕВОЙ МЕТОДИКОЙ "СЧЕТ У ЛИЦА"
Общее описание сцены
Освещенная комната, пациент сидит на стуле, врач стоит напротив пациента на расстоянии 1м, окклюдер ручной лежит на столе, темный экран лежит на столе.
Объекты виртуального окружения
Пациент, окклюдер ручной, кисть (пальцы) врача, темный экран.
Методика исследования
Врач просит пациента взять со стола окклюдер в левую руку, закрыть окклюдером левый глаз, берет со стола темный прямоугольный экран в левую руку и показывает комбинацию (№1) из раздвинутых пальцев правой руки на темном экране пациенту. Задает вопрос пациенту: "сколько пальцев видите?". Ответы пациента: "не вижу", "5 пальцев", "4 пальца", "3 пальца", "2 пальца", "1 палец". Затем врач показывает комбинацию (№2) из раздвинутых пальцев правой руки на темном экране пациенту, задает вопрос, затем комбинацию (№3, №4). Если пациент отвечает без ошибок - определяет остроту зрения по этому расстоянию 1м:50=0,02. Если 1 и более ошибок - врач приближает руки на 0,5м к пациента, показывает комбинацию (№1) из раздвинутых пальцев правой руки на темном экране пациенту, повторяет опрос, затем комбинацию (№2, №3, №4). Если ошибки – приближает пальцы на 40см, 30см, 20см, 10см. Определив остроту зрения правого глаза, врач просит пациента открыть правый глаз, взять окклюдер в правую руку, закрыть окклюдером правый глаз, отходит на расстояние 1м и повторяет те же действия и опрос как описано выше, исследуя остроту зрения левого глаза. После определения остроты зрения левого глаза, врач просит пациента открыть левый глаз и положить окклюдер на стол.
Формальное описание объектов
Пациент
имя: "пациент",
тип: составной,
описание: "человек, подвергающийся медицинскому обследованию, наблюдению и/или лечению",
дочерние объекты: ["глаз правый", "глаз левый"]
имя: "глаз правый",
тип: изменяемый,
описание: "орган зрения пациента",
множество состояний: ["открыт", "закрыт окклюдером"],
острота зрения: ["счет пальцев на 40см", счет пальцев на 30см", "счет пальцев на 20см", "счет пальцев на 10см""],
имя: "глаз левый",
тип: изменяемый,
описание: "орган зрения пациента",
множество состояний: ["открыт", "закрыт окклюдером"],
острота зрения: ["счет пальцев на 40см", счет пальцев на 30см", "счет пальцев на 20см", "счет пальцев на 10см""].
Окклюдер (см. описание Определение ОЗ по таблицам).
Темный экран
имя: "темный экран",
тип: изменяемый объект,
описание: "прямоугольник из картона темного цвета, формат А1",
множество состояний: ["лежит на столе", "в левой руке врача"].
Пальцы врача
имя: "пальцы врача",
тип: изменяемый,
описание: "кисть врача, с помощью которой он показывает пациенту различные комбинации пальцев",
множество состояний: ["5 пальцев", "4 пальца", "3 пальца", "2 пальца", "1 палец"],
расстояние до пациента: ["50см", "40см", "30см", "20см", "10см"].
Формальное описание действий
Взять окклюдер (см. описание действий "Определение ОЗ по таблицам").
Закрыть левый глаз (см. описание действий "Определение ОЗ по таблицам").
Взять темный экран
имя: "взять темный экран",
тип: интерактивное действие,
описание: "пользователь берет со стола темный экран в левую руку",
состояния объектов: {
объект "темный экран", состояние "в руке врача"}.
Показать пальцы
имя: "показать пальцы",
тип: интерактивное действие,
описание: "пользователь показывает пациенту различное количество раздвинутых пальцев правой руки на темном экране",
входные параметры [объект "пальцы врача", атрибут "множество состояний"].
Задать вопрос "сколько пальцев видите?"
имя: "cколько пальцев видите?",
тип: командное действие,
описание: "пользователь задает пациенту вопрос",
результат: ["5 пальцев", "4 пальца", "3 пальца", "2 пальца", "1 палец", "не вижу"],
оценка результата: ["верно", "неверно", "не видит"],
параметры оценки результата:
острота: [{объект "глаз правый", атрибут "острота зрения"}, {объект "глаз левый", атрибут "острота зрения"}],
расстояние: {объект "пальцы врача", атрибут "расстояние до пациента"},
наборы значений:
острота: "счет пальцев на 40см"
[оценка: {"неверно", "не видит"}, расстояние: 50см]
[оценка: "верно", расстояние:40см];
острота: "счет пальцев на 30см"
[оценка: {"неверно", "не видит"}, расстояние: 40-50см]
[оценка: "верно", расстояние: 30см];
острота: "счет пальцев на 20см"
[оценка: {"неверно", "не видит"}, расстояние: 30-50см]
[оценка: "верно", расстояние: 20см];
острота: "счет пальцев на 10см""
[оценка: {"неверно", "не видит"}, расстояние: 20-50см]
[оценка: "верно", расстояние: 10см].
Сменить комбинацию пальцев
имя: "сменить комбинацию",
тип: интерактивное действие,
описание: "пользователь меняет количество раздвинутых пальцев правой руки на темном экране",
состояния объектов: {
объект "пальцы врача", состояние: ["5 пальцев", "4 пальца", "3 пальца", "2 пальца", "1 палец"]}.
Приблизить пальцы
имя: "приблизить пальцы",
тип: интерактивное действие,
описание: "пользователь приближает пальцы на 10см ",
входные параметры: [объект "пальцы врача", атрибут "расстояние до пациента"].
Открыть левый глаз (см. описание действий "Определение ОЗ по таблицам").
Переложить окклюдер (см. описание действий "Определение ОЗ по таблицам").
Закрыть правый глаз (см. описание действий "Определение ОЗ по таблицам").
Открыть правый глаз (см. описание действий "Определение ОЗ по таблицам").
Положить окклюдер (см. описание действий "Определение ОЗ по таблицам").
Начальное состояние объектов сценария
объект "рука правая", состояние "лежит на коленях",
объект "рука левая", состояние "лежит на коленях",
объект "пальцы врача", состояние "свободное",
объект "окклюдер", состояние "лежит на столе",
объект "темный экран", состояние "лежит на столе".
Схема сценария
Графическое изображение сценария "Определение остроты зрения пальцевой
методикой "счет у лица"" представлено на рис. 3 (см. Приложение).
4. ИССЛЕДОВАНИЕ ЦВЕТООЩУЩЕНИЯ
ПО ТАБЛИЦАМ Е. Б. РАБКИНА
Общее описание сцены
Хорошо освещенная комната, пациент сидит спиной к окну, на расстоянии 1м от таблиц, врач стоит напротив пациента, полихроматические таблицы проф. Рабкина (27 штук) лежат на столе.
Объекты виртуального окружения
Пациент, полихроматические таблицы (27 штук).
Методика исследования
Исследование проводят при хорошем дневном освещении. Пациента усаживают спиной к свету, на расстоянии 1м от таблиц. Врач поочередно демонстрирует тесты таблицы и предлагает пациенту назвать видимые знаки. Длительность экспозиции каждой таблицы 2-3с. Показания по каждому тесту регистрирует и согласует с указаниями, имеющимися в приложении к таблицам. Анализ полученных данных позволяет определить диагноз цветовой слепоты или вид и степень цветоаномалии.
Формальное описание объектов
Пациент
имя: "пациент",
тип: составной,
описание: "человек, подвергающийся медицинскому обследованию, наблюдению и/или лечению",
множество состояний: ["сидит на стуле, руки на коленях"],
цветоощущение: нормальная трихромазия (расстройства отсутствуют); аномальная трихромазия: протаномалия (аномальное восприятие красного цвета), дейтераномалия (аномальное восприятие зеленого цвета), тританомалия (аномальное восприятие синего цвета); дихромазия: протанопия (невосприятие красного цвета), дейтеранопия (невосприятие зеленого цвета), тританопия (невосприятие синего цвета); ахромазия (черно-белое восприятие).
Таблицы
имя: "таблицы Рабкина",
тип: массив,
описание: "набор полихроматических таблиц - плакатов (27 штук), каждая таблица состоит из множества цветных кружков и точек, одинаковых по яркости, но несколько различных по цвету, предназначенных для диагностики различных форм и степеней патологии цветоощущения",
элементы:
1: [таблица №1],
2: [таблица №2],
3: [таблица №3],
4: [таблица №4],
5: [таблица №5],
…..
27: [таблица №27.
множество состояний: ["лежит на столе", "в руке врача"].
Формальное описание действий
Показать таблицу
имя: "показать таблицу",
тип: интерактивное действие,
описание: "пользователь берет со стола плакат-таблицу в правую руку и показывает ее пациенту",
состояния объектов: {
объект "таблицы Рабкина, элементы", состояние "в руке врача"}.
Задать вопрос "что видите?"
имя: "что видите?",
тип: командное действие,
описание: "пользователь задает пациенту вопрос "что видите на плакате?"",
входные параметры: [объект "таблицы Рабкина, атрибут "элементы"],
результат: ["цифра {1-9}", фигура {круг, квадрат, треугольник, прямоугольник, ромб}"],
оценка результата: ["верно", "неверно"],
параметры оценки результата:
цветоощущение: {объект "пациент", атрибут "цветоощущение"}
элемент: {объект "таблицы Рабкина", атрибут "элементы"}
наборы значений:
цветоощущение: "нормальная трихромазия",
[оценка "верно", элемент {1-27}];
цветоощущение: "протанопия",
[оценка: "верно", элемент {1, 2, 7, 23, 24, 25, 26}],
[оценка: "неверно", элемент {3, 4, 5, 6, 8-22, 27}];
цветоощущение: "дейтеранопия",
[оценка: "верно", элемент {1, 2, 8, 9, 12, 23, 24, 25, 26}],
[оценка: "неверно", элемент {3, 4, 5, 6, 7, 10, 11, 13-22, 27}];
цветоощущение: "тританопия"
[оценка: "верно", элемент {17, 19, 20, 22, 23, 27}],
[оценка: "неверно", элемент 18, 21, 24, 25, 26}];
цветоощущение: "ахромазия"
[оценка: "неверно", элемент {1-27}].
Положить таблицу
имя: "положить таблицу",
тип: интерактивное действие,
описание: "пользователь кладет плакат-таблицу на стол",
состояния объектов: {
объект "таблица Рабкина", состояние "лежит на столе"}.
Начальное состояние объектов сценария
объект "таблицы Рабкина", состояние "лежит на столе".
Схема сценария
Графическое изображение сценария "Исследования цветоощущения по таблицам " представлено на рис. 4 (см. Приложение).
Заключение
В настоящей работе (Часть 1) представлено описание модели сценариев обучающих заданий классических методов исследования в офтальмологии. Модель включает неформальное описание методики исследования пациента, формальное описание объектов виртуального мира, действий пользователя в процессе выполнения обучающего задания и сформированный сценарий этого задания. В данной работе на основе разработанной модели формализованы сценарии исследований центрального зрения. Описанные сценарии необходимы для проверки действий пользователя в процессе выполнения обучающих заданий. Эти знания будут использованы при разработки медицинского компьютерного обучающего тренажера для предметной области "Офтальмология".
Литература
1. , Вавилова мультимедиа тренажеров на основе сценарных моделей представления знаний //Educational Technology S Society 3(4), 2000.- Р.193-202.
2. , , Сова разработки диагностических компьютерных тренажеров на основе знаний //International Book Series "Human Aspectsof Artifical Intelligence". N12. Papers are selected from Proc. of the Intern. Conf. of the Join International Events of Informatics “ITA 2009” (e. TECH-2009), Varna, Bulgaria, 2009. P. 27-33. – Suppl. to the International Journal “Information Technologies & Knowledge”. 2009. Vol.32. Sofia, Bulgaria (Inst. of Information Theories and Applications FOI ITHEA).
3. , , Федорищев виртуального мира медицинского компьютерного обучающего тренажера//Дистанционное и Виртуальное Обучение.- 2011.- № 9.- С.56-66.
4. , , Негода исследования в офтальмологии для студентов, клинических ординаторов и врачей общей практики. Владивосток: ИАПУ ДВО РАН, 200с.
5. Глазные болезни: Учебник/ Под ред. , . – 2-е изд. – М.:Медицина, 1983. – 448с.
6. , , Исманкулов болезни.- М.:Издательский центр "Федоров", 200с.
7. , , Обучающие виртуальные системы на основе онтологий и трехмерной компьютерной графики // Международная конференция "Информационно-коммуникационные технологии в образовании: "Образование и Виртуальность 2011", ЯлтаС.103-111.
8. , , Черняховская объектов виртуального мира для диагностических медицинских компьютерных тренажеров. Владивосток: ИАПУ ДВО РАН, 201с.
9. , , Черняховская виртуального мира мультимедиа тренажера для медицинского образования //International Book Series "InformationScience & Computing", №22. P. 140-148. Papers are selected from Proc. of the Intern. Conf. of the Join International Events of Informatic "Modern (e-) Learning 2011", Varna, Bulgaria.
ПРИЛОЖЕНИЕ
Рис. 1. Схема сценария "Определение остроты зрения по таблицам"
Обозначения
(используются здесь и далее в схемах)
Рис. 2. Схема сценария "Определения остроты зрения
по оптотипам ".
Рис. 3. Схема сценария "Определения остроты зрения пальцевой
методикой "счет у лица"".
Рис. 4. Схема сценария "Исследования цветоощущения
по таблицам ".
Формальное представление методов исследования в офтальмологии для медицинских обучающих систем.
Подписано к печати 12.01.2012 г. Усл. п. л. 1,4. Уч.-изд. л. 1,2
Формат 60х84/16. Тираж 10. Заказ.
________________________________________________________________
Издано ИАПУ ДВО РАН. Владивосток, Радио, 5.
Отпечатано участком оперативной печати ИАПУ ДВО РАН.
Владивосток, Радио, 5.
