矫正色盲的系统工程与色盲眼镜的制作方法

专利名称：矫正色盲的系统工程与色盲眼镜的制作方法
技术领域：
本发明属于色盲检查和处方的系统工程和色盲矫正眼镜。
赤、橙、黄、绿、青、蓝、紫构成了五彩缤纷的世界，人们之所以能感受到世界的美好，生活的艳丽多彩，是借助于眼睛对光刺激的一种独特生理反映-颜色视觉。然而，世界上却有二亿多人色觉异常，他们失去了对颜色的正确辨认能力，俗称色盲。色盲是一种遗传性生理缺陷，一向被认为是“不治之症”。色盲患者的痛苦是常人所体察不到的。由于绝大多数专业对色觉都有严格要求，科技工作者发明了形形色色的色觉检查图表和各式各样的色觉检查仪器，在招生、招工体检中把色觉检查列为必检项目。一旦被确认患有色盲，他们将终生被剥夺从事美工、印染、化工、交通、地质、医药和国防等工作的权利。致使亿万色盲患者迫切希望有一种行之有效的矫正方法，幻想戴上一种特殊的眼镜，能同正常人一样享受五彩缤纷的大千世界，获得同等的升学、就业机会。
目前关于色盲原因的理论认为“人的视网膜细胞分为红、绿、兰三种锥体细胞。这些细胞中的锥体色素只能分别感觉其特有的光谱并把它吸收，所谓色觉异常，就是三种锥体色素中有一种是先天就没有的，人们叫它第一色盲或第二色盲。这种情况叫两色型色觉。如果两种锥体色素都正常，另一种色素不是没有，而是和正常有点小差异，就称作异常三色型色觉，也就是所谓色弱。这种理论把色觉异常的原因仅仅归结到视网膜细胞上，似乎也是不妥当的。严格地说，还应考虑把信息传到脑细胞的神经细胞，以及脑细胞本身是否正常。
色盲可治还是不可治？色盲可矫正还是不可矫正？百多年来一直在争论中寻求答案。在色盲治疗方面，以日本医学博士山田武敏为首的和同医师协会利用现代医用电子学的新技术，创造出一种称作“JPJC”的穴位刺激疗法(Just，Point，Just Channel)。据报道获得了明显的疗效。在色盲的矫正方面;中国专利88200988，曾经公开了陈晓光设计的红绿色盲眼镜，87214130公开了赵文清设计的一种色盲镜。美国专利4300819，德国专利3209655以及日本专利59-148027均报道了色盲眼镜，但大多数由于校正效果差，或外观不美，而没有形成商品。
如所周知，无论治疗还是矫正，色盲的诊断是需要的，流行的色盲检查法有以下四类1、色盲检查表A、石原式色盲检查表B、东京医大式色盲检查表C、HRR伪同色表D、德国的法尔培赛-斯替林伪同色表。
2、色彩辨别器A、彩色盘D15检查法B、色彩辨别检查器3、幻灯检查法4、色盲检查镜中国专利88107043.2公开了一种“色觉客观检查仪”，作为一种客观检查法，该发明罗列了专利报道过的各种主观与客观检查法，并做出了一定的评价，真正集诊断与矫正为一体的，是陈晓光公开的中国专利90200939.7，该实用新型设计出一种色盲诊断矫正检测仪，它集中了色盲检查图，彩色对比，幻灯等检测方法的优点，通过人机对话，对每组色觉检查图表随机调用，为配制色盲矫正眼镜提供准确的数据和矫正曲线及合适的处方，并打印出色盲的类别，梯级光敏曲线等，保证了色觉检查的质量。
本发明根据人体生理特征和色盲成因理论，建立数学模型和专家诊断系统，目的是提供一种客观检测，诊断、矫正色盲的系统工程及为矫正色盲所需的色盲眼镜。
本发明矫正色盲的系统工程突破了色觉机理研究的传统方法，推导出了色觉过程的数学模型并实现了计算机模拟;在色觉与色盲拓扑学研究的基础上，建立了色觉异常突变模型和色觉信息传递连通线路框图;通过色盲的计算机模拟，实现了对色盲与色盲矫正的定量定性研究，完成了色盲矫正曲线的测定，并依据这一研究的结果，给出四类三十二个等级的色盲矫正眼镜的光谱特性数据。照本发明的结果去做，患者通过电脑验光，系统给出合适其矫正的光谱特性数据，据此制做出眼镜，能使色盲趋于正常。
大量临床检测证明，确诊为红绿色盲的患者绝大多数仍为三色型色觉，能分辨出红、绿、兰三基色，只是对某些波长范围内的颜色区别能力相当低下。根据人类色觉过程是一种点对点的拓扑映射和生理过程具有结构稳定性的观点，本发明的系统工程建立了色觉过程的数学模型。这种色觉过程数学模型的依据是色盲成因主要是色盲患者的颜色码齐异常所致一是在视网膜内对彩色信息进行压缩编码矩阵变换中，由于某一色素接收信息异常，造成神经节细胞传出的亮度信息量和色度信息量的比例失调;二是在外测膝状体进行解码矩阵变换时，某一层细胞性能异常，造成向大脑皮层视区的视辐射能量比例失调;三是大脑皮层视区细胞功能异常，造成颜色码齐异常。实验证明无论哪一种原因造成的色觉异常，只要从外部改变三种视锥细胞的刺激值比例，均可达到改变大脑皮层视区颜色码齐，从而改善辨色能力的目的。
本发明中，我们提出的色盲异常的数学模型是根据标准红(R)、绿(G)、兰(B)视锥细胞光谱吸收峰值，分别确定其子集的隶属函数为R＝exp[1-( (λ-λRmax)/(αR) )2〕G＝exp〔1-( (λ-λGmax)/(αG) )2〕B＝exp〔1-( (λ-λBmax)/(αB) )2〕
式中λ为主波长，Rmax、Gmax、Bmax分别为峰值波长，αR、αG、αB分别为加权系数，取值根据不同人种而定。
R、G、B信息在视网膜内进行矩阵变换，调出亮度信号和色度信号L＝LR(R)+LG(G)+LB(B)U＝Ku(R-L)V＝kv(B-L)其中L为亮度信号，U为红色度信号，V为兰色度信号，Ku、Kv为加权系数。
以上三种信号由视神经纤维分别传输到外侧膝状体的六层组织中去，再经过微分拓扑变换分解出R、G、B三种基色信号R＝V/Kv+LG = (L- LRR -LBB )/ LG= L - (LR)/(LG) . (V)/(KV) - (LB)/(LG) . (U)/(Ku)B＝U/Ku+L经由视辐射传递到大脑皮层视区。
大脑皮层对三基色的比例系数
进行综合分析，使Y(c)→t(c)，即产生一个对外界的彩色知觉。式中Y(c)为色相，t(c)为色觉。我们提出的色觉行为状态变量的尖点突变模型为f(L)＝L4+UL2+VL式中L为亮度信号，U，V分别为红色度信号和兰色度信号。
本发明通过色盲检测专家系统对上述模型进行模拟，色盲矫正流程如

图1所示，其矫正色盲电脑验光仪构成为(如图2所示)1、微型计算机，2、高分辨彩卡，3、高分辨增强型彩色显示器，4、打印机。软件系统框图见图3。微型计算机采用AST-286(或其它兼容机)，专家系统包括色盲的颜色码齐图表，三基色比例可调控制软件以及色盲诊断矫正处方软件。本发明中使用的高分辨彩卡即彩色/图形监视器适配器，主要部件由6845芯片作为CRT控制器件，此适配器相对于光栅和字符参数更适于编程。它也是提供驱动CRT光栅扫描的必要接口及显示缓冲器(64KBTES)，同时配合字符发生器，定时发生器，彩色编码器，合成颜色发生器等电路的支持组成高分辨彩卡。
高分辨显示器可采用CASDER显示器，打印机采用Brotter-1724。
本发明由于采用计算机进行色盲行为尖点突变模型的模拟，例如使用ATS-286作为图谱的存储主机，容量大，通过微机终端键盘可实现三基色饱和度的控制及三基色的任意配比，因而颜色的梯级多，三基色的梯级均为0-100。由于使用了高分辨彩色显示器做到了图谱颜色鲜艳、清晰、细致，图象稳定、逼真，由于应用了微机技术实现了图谱的存取并可任意的调取检测图，防止了受检者的主观强记偏差;利用计算机终端控制实现人机对话，可实现对矫正的控制;最后由终端打字机准确的打出诊断处方，即以光谱特性表示的色盲矫正曲线。
综上所述，本发明矫正色盲的系统工程总结为由下列要素构成一、色盲成因的理论分析色盲患者的颜色码齐异常，只要从外部改变三种视锥细胞的刺激比例，均可达到改变大脑皮层视区颜色码齐，从而改变辨色能力的目的。
二、色盲异常的数学模型即色觉行为状态变量的尖点突变模型三、色觉信息传递连通线路模型四、色盲矫正光谱特性曲线的测定五、模型的计算机模拟-色盲检查与诊断六、按照光谱特性配制色盲矫正眼镜，即四类三十二个等级色盲矫正眼镜的光谱特性数据及曲线。
本发明色盲矫正和检测的实现按照附图3的智能软件框图叙述如下通过微机键盘启动进入本发明专家诊断程序系统，依次改变三基色配比，当受检者能区分显示器屏幕上全部本发明所设计的颜色码齐图形彩条，则为检测结束，打印出矫正曲线及诊断处方。按照图3所示具体操作是启动微机，敲SMC指令进入本发明软件程序系统，屏幕显示出本发明的说明及系统主菜单目录“诊断”、“储存”、“统计”、“输出”，通过键盘可任选其中一项，选中“诊断”项，然后敲回车，进入诊断程序，屏幕显示出子菜单目录“填病例表”、“色盲表识别”，“矫正曲线显示及打印”。再用键盘选中“填病历表”，敲回车键，屏幕显示出“初诊”、“复诊”、“当前病历”。如选中“初诊”，敲回车则显示出病历表，可使用本机所具有的汉字系统逐项将病历填写完毕。如选中“复诊”，屏幕则显示“输入病历号”，只要将初诊病历号输入，敲回车，即可调出该病历并显示在屏幕上。如果选中“当前病例”敲回车键屏幕显示出当前病历表可进行填表操作。以上三项选中任一项填表操作完成后，敲ESC键，屏幕显示“改正”，“存病历退出”，“不存病历表退出”可选任一项操作。改正项可作初诊病历表的改正。上述操作完成后敲回车键，又返回子菜单目录。下步操作选“色盲表识别”，敲下回车键，屏幕显示出本发明的颜色码齐色盲表识别图共40幅，通过键盘对R、G、B三基色比例调整，色盲图表的色相随之改变，直至色盲患者对所有识别图表全部分辨出来，敲ESC操作，屏幕显示出“保存结果”，“不存结果”，选中“保存结果”是将色盲诊断矫正结果存入病历表档案中去;选中“不存结果”则不存档。操作的下一步敲回车，又返回到子菜单目录，最后选中“矫正曲线显示及打印”项敲回车键，屏幕立即显示出所测色盲患者的诊断结果矫正曲线，再敲P键，打印机便将色盲患者的诊断的诊断结果及曲线打印出来。再敲ESC操作便退回到子菜单目录项，又可反复对色盲患者进行检测诊断操作。
根据本发明的矫正色盲系统工程对色盲患者进行大量的临床检测和诊断，综合视觉，色觉的生物物理，生物化学原理总结设计了四类矫正色盲以光谱特性表征的曲线并抽提为文字表述的光普特性。其峰值波长误差为±100A，透光率误差为±5%。
第一类色盲矫正光谱特性曲线族区域如图4所示出，波长在4400A的透过率上限极值为100%，下限极值为40%;波长在5400A的透过率上限极值为45%，下限极值为5%;波长在6300A的透过率上限极值为100%，下限极值为55%，所组成的正态曲线分布区域。
第二类如图5所示出，波长在4400A的透过率上限极值为75%，下限极值为53%;波长在5400A的透过率上限极值为66%，下限极值为51%;波长在6300A的透过率上限极值为87%，下限极值为49%，所组成的正态分布曲线区域。
第三类如图6，波长在4400A的透过率上限极值为41%，下限极值为5%;波长在5400A的透过率上限极值为23%，下限极值为5%;波长在6300A的透过率上限极值为100%，下限极值为63%所组成的正态分布曲线区域。
第四类曲线如图7所示出，波长在4400A的透过率上限极值为25%，下限极值为5%;波长在5400A的透过率上限极值为55%，下限极值为32%;波长在6300A的透过率上限极值为95%，下限极值为88%所组成的正态分布曲线区域。
按照上述四类光谱特性曲线和参数为不同类型色盲患者配制矫正色盲眼镜均获良好的效果。本发明首次以光谱特性表征色盲眼镜的技术特征从而解决了本质问题。
本发明色盲眼镜的详细的光谱特征分类又可以图8-39的32个曲线表征，并由下表描述
表1 第一类8种色盲矫正眼镜的光谱特性
表2 第二类8种色盲矫正眼镜的光谱特性
表3 第三类8种色盲矫正眼镜的光谱特性
表4 第四类8种色盲矫正眼镜的光谱特性
按照本发明对于色盲患者进行检查，现有病例处方基本落入上述四类32种矫正曲线中。据此矫正曲线的数据可采用真空镀膜，染色、离子贱入，渗入吸收介质，原浆着色等工艺技术来实现色盲矫正眼镜的制作，镜片材料可为光学玻璃，CR-39，压克力，PC等。
本发明的最大特点在于找出了一类对各种色盲进行检验，给出矫正处方的途径。采用本发明的诊断并按本发明给出的色盲矫正眼镜的光谱特征数据曲线制作色盲眼镜可为形形色色的色盲患者解除痛苦，带来从事自己喜爱的工作的希望。
本发明实施例如下用本明的“色盲矫正电脑验光仪”获得了大量的色盲患者检测诊断结果，经电脑统计分析，设计出四类三十二条色盲矫正曲线。采用光学玻璃、CR-39眼镜片，通过光学镀膜、化学染色等工艺技术，制做四类三十二条光谱特性的色盲矫正眼镜，分别给四类不同程度色盲患者配戴，通过俞自萍编绘、李春慧编绘，中国人民解放军空军后勤部卫生部编绘的色盲检查图表进行色盲检查验证结果如下一类色盲矫正曲线的色盲患者156人，全部辨认通过色盲检查表者154人，占92.3%，只有一或两幅辨认不清者21，占7.7%。
二类色盲矫正曲线的色盲患者94人，全部辨认通过色盲检查图表者93人，占98.9%，只有一或两幅辨认不清者一人，占1.1%。
三类色盲矫正曲线的色盲患者31人，全部通过色盲图表者30人，占90.9%，只有一或两幅辨认不清者一人，占9.1%四类色盲矫正曲线的色盲患者20人，全部通过色盲图表者19人，点95%，只有一或两幅辨认不清者一人，占5%。
验证四类矫正曲线的色盲患者共301人，全部通过色盲检查图表者296人，占94.3%。只有一至两幅辨认不清者5人，占5.7。
上述验证结果表明，本发明的“色盲矫正电脑验光仪”所设计的四类32条矫正色盲曲线以及含有32条光谱特性的色盲矫正眼镜是成功的;色盲矫正原理是可信的，其矫正色盲的成功率是令人振奋的，它将给亿万色盲患者带来福音。
权利要求
1.矫正色盲的系统工程及色盲眼镜光谱特性，其特征是由从外部改变人体三种视锥细胞的刺激比例来改变大脑皮层视区颜色码齐从而改善辨色能力出发，提出色觉信息传递的线路模型及色觉行为状态变量的尖点突变模型，实现模型的计算机模拟用于色盲的检查与诊断，设计出配制色盲矫正眼镜的四类三十二种光谱特性曲线及参数。
2.根据权利要求1所述的系统工程，其特征是所述的计算机模拟由色盲电脑验光系统和电脑检测专家系统来完成电脑验光系统包含1微型计算机;2高分辨彩卡;3高分辨增强彩色显示器;4打印机，专家系统包括色盲的颜色码齐图表，三基色比例可调控制软件以及色盲诊断矫正处方软件。
3.根据权利要求1所述的色盲矫正眼镜的光谱特性参数，其特征在于第一类的波长在4400A的透过率上限极值为75%，下限极值为53%;波长在5400A的透过率上限极值为66%，下限极值为51%;波长在6300A的透过率上限极值为87%，下限极值为49%，所组成的正态分布曲线区域;第二类为波长在4400A的透过率上限极值为75%，下限极值为53%;波长在5400A的透过率上限极值为66%，下限极值为51%;波长在6300A的透过率上限极值为87%，下限极值为49%所组成的正态分布曲线区域;第三类为波长在4400A的透过率上限极值为41%，下限极值为5%;波长在5400A的透过率上限极值为23%，下限极值为5%;波长在6300A的透过率上限极值为100%，下限极值为63%所组成的正态分布曲线区域;第四类为波长在4400A的透过率上限极值为25%，下限极值为5%;波长在5400A的透过率上限极值为55%，下限极值为32%;波长在6300A的透过率上限极值为95%，下限极值为88%，所组成的正态分布曲线区域。
4.根据权利要求3所述的光谱特性，其特征是第一类又可分为8种，即1、4400A的透过率40%，5400%为4%，6300A为80%;2、4400A的透过率为47%，5400A为6%，6300A为83%;3、4400A的透过率为54%，5400A为10%，6300A为86%;4、4400A透过率为61%，5400A为14%，6300A为89%;5、4400A透过率为68%，5400A为18%，6300A为92%;6、4400A为85%，5400A为22%，6300A为95%;7、4400A的透过率为92%，5400A为26%，6300A为98%;8、4400A透过率为99%，5400A为30%，6300A为100%。
5.根据权利要求3所述的光谱特性，其特征是第二类又可分为8种，即9、4400A的透过率为42%，5400A为21%，6300A为100%;10、4400A的透过率为40%，5400A为18%，6300A为100%;11、4400A透过率为28%，5400A为15%，6300A为80%;12、4400A的透过率为20%，5400A为12%，6300A为90%;13、4400A透过率为15%，5400A为9%，6300A为90%;14、4400A透过率为11%，5400A为6%，6300A为94%;15、4400A透过率为3%，5400A为3%，6300A为94%;16、4400A透过率为0%。5400A为0%，6300A为98%。
6.根据权利要求3所述的光谱特性，其特征是第三类又可分为8种，即17、4400A的透过率80%，5400A为68%，6300A为90%;18、4400A的透过率为75%，5400A为63%，6300A为89%;19、4400A的透过率为70%，5400A为57%，6300A为87%;20、4400A的透过率为65%，5400A为51%，6300A为85%;21、4400A的透过率为60%，5400A为49%，6300A为84%;22、4400A的透过率为56%，5400A为46%，6300A为70%;23、4400A透过率为53%，5400A为52%，6300A为50%;24.4400A透过率为40%，5400A为30%，6300A为50%。
7.根据权利要求3所述的光谱特性，其特征是第四类又可分为8种，即25、4400A透过率为1%，5400A透过率为31%，6300A为100%;26、4400A透过率为5%，5400A为32%，6300A为95%;27、4400A透过率为9%，5400A为32%，6300A为95%;28、4400A透过率为15%，5400A为40%，6300A为95%;29、4400A透过率为20%，5400A为48%，6300A为93%;30、4400A透过率为23%，5400A为57%，6300A为90%;31、4400A透过率为26%，5400A为60%，6300A为95%;32、4400A的透过率为30%，5400A为65%，6300A为100%。
全文摘要
矫正色盲的系统工程与色盲眼镜，本发明属于色盲检查和处方的系统工程和色盲矫正眼镜。从外部改变人体三种视锥细胞的刺激比例来改变大脑皮层视区颜色码齐从而改善辨色能力，实现了数字模型的计算机模拟用于色盲的检查与诊断，设计出配制色盲矫正眼镜的四类三十二种光谱特性曲线及参数，结果表明色盲矫正是正确的，为亿万色盲患者带来福音。
文档编号A61F9/00GK1062832SQ9011029
公开日1992年7月22日 申请日期1990年12月29日 优先权日1990年12月29日
发明者陈晓光, 卢众 申请人:陈晓光, 卢众