Specyfikacja techniczna systemu JAZZ-novo

Podstawy działania

System Jazz-novo Multisensor jest przeznaczony do monitorowania procesów uwagi wzrokowej, która odzwierciedla zarządzanie przez operatora świadomą uwagą. Z punktu widzenia sprawności pracy operatora, pozwala to na detekcję anomalii w zarządzaniu uwagą, jak pozostawanie wyłącznie w trybie planowania, który wiąże się z ignorowaniem informacji wzrokowej.

Pomiar ruchu oka

System JAZZ-novo wykonuje pomiar ruchu oka w technologii Bliskiej Podczerwieni (ang. Direct Infra-Red Oculography), która jest zastosowana w czujnik Cyclops-ODS. Czujnik jest tak zaprojektowany, aby był łatwy w przygotowaniu do pracy i minimalnie inwazyjny, co jest szczególnie ważne w przypadku monitorowania funkcji okoruchowych w środowisku nie-laboratoryjnym.

W przeciwieństwie do innych systemów okulograficznych bazujących na technologii obserwacji oka w bliskiej podczerwieni, które wymagają umieszczenia nadajników/odbiorników podczerwieni dookoła oka w jego bezpośredniej bliskości, czujniki opto-elektroniczne Cyclops-ODS są ulokowane pomiędzy oczami, co pozwala na ukrycie konstrukcji czujnika w "cieniu" nosa. Tak zoptymalizowane pod względem ergonomii położenie czujnika nie ogranicza pola widzenia, a system pomiarowy ruchu oka może pracować bez zakłócania funkcji wzrokowych osoby badanej. Czujnik nie wymaga żadnego mechanicznego dopasowania pozycji względem oka. Wszystkie niezbędne parametry są obliczane automatycznie przez układ kontrolny systemu JAZZ-novo.

Czujnik Cyclops-ODS mierzy zachodzące obroty lewego i prawego oka uśredniając je. Ze względu na zbieżność i synchronizację ruchów sakadycznych oczu, obroty lewego i prawego oka mogą być dodawane i uśredniane. Wewnętrzne kąciki lewego i prawego oka są oświetlane światłem podczerwonym o niskiej intensywności. Różnica pomiędzy ilościami światła podczerwonego odbitego od powierzchni oczu dostarcza informacji o zmianach położenia oczu (względny pomiar ruchu oka wymaga określenia punktu fiksacji początkowej). W czujniku Cyclops-ODS obydwoje oczu ma równomierny wkład do mierzonego sygnału ruchu oka. Pomiar uśrednionej rotacji lewego i prawego oka jest standardową procedurą pomiarową ruchu oka w klinicznej elektro-nystagmografii. Wartości zmierzone tą metodą są sumą elektro-okulograficznych potencjałów otrzymanych ze skroniowych części lewego i prawego oka (ang. Oculus Dexter Sinister - ODS). Czujnik Cyclops-ODS jest wyposażony w system automatycznej kontroli wzmocnienia (ang. automatic gain control, AGC), który kompensuje różnice w anatomicznym kształcie nosa i oczodołów. Pozwala to na pomiar ruchów oczu z tym samym fizycznym wzmocnieniem, równym dla wszystkich badanych, bez wpływu na stosunek sygnału do szumu (stałe wzmocnienie obwodu foto-detekcyjnego).

Pomiar ruchu oka

Zakres pomiarowy

• wzdłuż osi poziomej ±35 deg
• wzdłuż osi pionowej ±20 deg

Pasmo przenoszenia

• 500 Hz

Szum systemu (czujnik na stanowisku testowym)

• Oś pozioma punkt do punktu: 2 a.u.
• Oś pozioma od szczytu do szczytu: 8 a.u.
• Oś pionowa punkt do punktu: 2 a.u.
• Oś pionowa od szczytu do szczytu: 7 a.u.

Szum systemu wywołany umieszczeniem czujnika na czole osoby badanej

• Oś pozioma punkt do punktu: 2 a.u.
• Oś pozioma od szczytu do szczytu: 7 a.u.
• Oś pionowa punkt do punktu: 2 a.u.
• Oś pionowa od szczytu do szczytu: 6 a.u.

Dryft początkowy (czujnik na stanowisku testowym)

• Oś pozioma 22 a.u. przez 600 ms (potem stabilny sygnał)
• Oś pionowa 22 a.u. przez 600 ms (potem stabilny sygnał)

Poziom szumu w osi poziomej (pomiar w zakresie 20 stopni)

• Oś pozioma od szczytu od szczytu (peak to peak): 0.51% zakresu pomiarowego, tj. 0.1 stopnia
• Oś pozioma stosunek sygnału do szumu (SNR): 45 dB

Opcja Vestibulo

Dwuosiowy akcelerometr Analog Devices ADXL202E

• zakres pomiarowy ±2 g
• czułość 12.5% / g

Dwa jednoosiowe żyroskopy Analog Devices ADXRS300

• zakres pomiarowy ±300 deg/s
• czułość 5mv / deg / s

Sygnał pletyzmograficzny

GaAs Infrared Emitter OSRAM SFH 420

• długość fali światła 950 nm
• typowe natężenie promieniowania przy prądzie 1mA to 5.0 mW/sr

Silicon PIN Photodiode Vishay Semiconductors BPW34

• zakres pomiarowy 430 nm do 1100 nm
• największa czułość przy długości fali 900 nm

Sygnał audio

Amplified ,,Mini'' Surface Mount Silicon Microphone SPM0103ND3

• wielokierunkowy
• częstotliwość próbkowania 8 kHz
• stosunek sygnału do szumu 59 dB
• pasmo przenoszenia 100 Hz do 8000 Hz

Bezpieczeństwo

JAZZ-novo został zaprojektowany zgodnie ze ścisłymi regułami bezpieczeństwa, stosowanymi w przypadku instrumentów medycznych.

Zabezpieczenie przed porażeniem prądem

System JAZZ-novo jest zasilany bateryjnie, a napięcie w systemie nie przekracza 3V. Projekt mechaniczny przyłączy na jednostce kontrolnej systemu JAZZ-novo wyklucza możliwość omyłkowego dołączenia innego urządzenia. Po przyłączeniu do jednostki kontrolnej czujnika ruchu oka jedyne wolne przyłącza to gniazda światłowodu. Światłowód o długości 1,5 metra zapewnia optyczną izolację pomiędzy osobą badaną a komputerem w trakcie przesyłania danych do komputera.

Poziom irradiancji promieniowania podczerwonego na powierzchnię oka

Zgodnie z przeprowadzonymi obliczeniami i bezpośrednimi pomiarami irradiancja promieniowaniem podczerwonym nie przekracza wartości 0,6 mW/cm2 i mieści się w zakresie akceptowanym jako bezpieczny dla ludzkiego oka (10 mW/cm2). W celu uzyskania szczegółów przeprowadzonych obliczeń i pomiarów należy odnieść się do protokołu zawartego w dokumencie (Saccadometer eye surface irradiation report).

Poziom irradiancji zależy od wyjścia oświetlaczy podczerwieni, a także od odległości pomiędzy źródłem promieniowania a oświetlaną powierzchnią. Poziom irradiancji został obliczony przy założeniu średniej odległości 10 mm. Odległość ta może zmieniać się w zależności od anatomicznego kształtu nosa i oczodołu. Normalnie nie można wykluczyć sytuacji, iż czujnik zostanie umieszczony bliżej oka, co spowoduje zwiększenie poziomu irradiancji promieniowaniem podczerwonym. W systemie JAZZ-novo ze względu na opracowany układ aktywnego dopasowania poziomu oświetlenia promieniowaniem podczerwonym, taka sytuacja jest wykluczona. System kontrolny JAZZ-novo automatycznie kompensuje różnice odległości poprzez dopasowanie intensywności źródła promieniowania podczerwonego. W sytuacji gdy oświetlacze podczerwieni znajdą się bliżej powierzchni oka, ich intensywność zostanie automatycznie zredukowana, tak więc irradiancja promieniowaniem podczerwonym może być utrzymywana na stałym poziomie.

Certyfikacja

Na tym etapie rozwoju system JAZZ-novo jest uważany za urządzenie eksperymentalne. Został zaprojektowany i wykonany tak, aby wypełnić najbardziej restrykcyjne normy bezpieczeństwa stosowane dla diagnostycznych urządzeń medycznych.