Способ тонометрии глаза
Владельцы патента RU 2361506:
Государственное образовательное учреждение Высшего профессионального образования "Тамбовский государственный технический университет" ГОУ ВПО "ТГТУ" (RU)
Изобретение относится к медицине. Способ заключается в организации измерительного сигнала при воздействии на глаз вибрирующим датчиком, который приближают к глазу до наступления контакта с ним и действуют на глаз до момента исчезновения сигнала на выходе вибрирующего датчика. Отводят вибрирующий датчик от глаза и при этом измеряют максимальную амплитуду измерительного сигнала на выходе вибрирующего датчика, по значению которой судят об офтальмотонусе. Вводят стабильную меру в виде костной ткани лобной части лица. Для этого вначале приближают вибрирующий датчик к средней точке лобной части лица до наступления контакта с этой точкой и действуют на нее до момента исчезновения сигнала на выходе вибрирующего датчика. Отводят вибрирующий датчик от средней точки лобной части лица и при этом измеряют максимальную амплитуду сигнала на выходе вибрирующего датчика, значение которой принимают за опорный сигнал, который сравнивают с измерительным сигналом. Применение данного способа позволяет повысить точность тонометрии за счет компенсации синфазных помех. 2 ил., 1 табл.
Предлагаемое изобретение относится к медицине, в частности к измерению внутриглазного давления (ВГД), и может быть использовано для измерения офтальмотонуса в раннем посттравматическом периоде.
Известен способ измерения ВГД [А.С. 133171 (СССР), Способ тонометрии глаза и устройство для его осуществления / В.А.Пашков, Л.П.Чередниченко и В.К.Полторак. - А61В 3/16, 1957], основанный на получении реакции от глаза при воздействии на него механического вибратора.
Способ осуществляется следующим образом.
К глазу подводится устройство с вибрирующим зондом и фиксируется. На глаз оказывается давление с определенной силой устройством вместе с вибрирующим датчиком (зондом). Измеряется характер колебаний зонда, по которым судят о степени ВГД. Во время измерения ВГД положение устройства по отношению к глазу не меняют. Окончив измерение ВГД, устройство отводят от глаза.
Способу свойственны недостатки:
-низкая точность, связанная с влиянием на амплитуду колезонда плотности ретробульбарной клетчатки, влияющей на амплитуду колебаний всего глаза, соизмеримой с амплитудой колебаний зонда. Плотность клетчатки у пациентов различная. За счет этого будет различной глубина погружения глаза в орбитальную клетчатку, составляющая в среднем 0,2 мм, что приводит к неопределенной ошибке при исследовании ВГД. Причем, чем больше нагрузка на глаз (3-5 г), тем больше ошибка (20-25%), чем меньше нагрузка на глаз устройством, тем меньше ошибка тонометрии. Уменьшить же нагрузку (менее 1-3 г) на глаз при данном способе невозможно, так как тогда будет нельзя реализовать способ тонометрии из-за демпфирования колебаний зонда нагрузкой;
-значительная нагрузка на глаз тонометром (не менее 3-5 г), так как этот способ требует постоянного контакта тонометра с глазом;
-обязательная анестезия глаза, так как нагрузка в 3-5 г вызывает неприятные ощущения у больного;
-трудоемкость тонометрии.
Прототипом является способ [А.С. 18233788 (СССР), Способ тонометрии глаза и устройство для его осуществления / В.А.Пашков, Л.П.Чередниченко и В.К.Полторак. - А61В 3/16, 1993, бюл. №23.], согласно которому приближают вибрирующий датчик к глазу до наступления контакта с ним и действуют на глаз до момента исчезновения сигнала на выходе вибрирующего датчика, отводят вибрирующий датчик от глаза и при этом измеряют максимальную амплитуду сигнала на выходе вибрирующего датчика, по значению которого судят об офтальмотонусе.
Способу свойственны недостатки:
-характеристики механического вибрирующего датчика не стабильны во времени, требуют подстройки частоты и амплитуды колебаний перед каждым измерением, что вносит дополнительную погрешность в результат измерения;
-характеристики механического вибрирующего датчика в значительной мере подвержены влиянию окружающей среды (температуры, влажности, сил трения, электрических полей), что приводит к изменению усилий в колебательной системе и, следовательно, вносит дополнительную погрешность в результат измерения;
-известно, что частота вынужденных акустических колебаний в исследуемой среде (глаз) не зависит от параметров среды, однако их амплитуда зависит от массы, механического сопротивления и других показателей, характеризующих общее состояние среды;
-максимальное значение амплитуды будет на частоте механического резонанса;
-резонансные явления появляются при совпадении частот звуковых (ультразвуковых) колебаний с частотами мод колеблющихся оболочек клеток и составляющих цитоплазмы клеток, а также молекул и других элементов и структур.
Технической задачей способа является повышение точности тонометрии за счет компенсации синфазных помех.
Техническая задача достигается тем, что в способ тонометрии глаза, заключающийся в организации измерительного сигнала при воздействии на глаз вибрирующим датчиком, который приближают к глазу до наступления контакта с ним и действуют на глаз до момента исчезновения сигнала на выходе вибрирующего датчика, отводят вибрирующий датчик от глаза и при этом измеряют максимальную амплитуду измерительного сигнала на выходе вибрирующего датчика, по значению которой судят об офтальмотонусе, в отличие от известных решений дополнительно вводится стабильная мера в виде костной ткани лобной части лица, для чего вначале приближают вибрирующий датчик к средней точке лобной части лица до наступления контакта с этой точкой и действуют на нее до момента исчезновения сигнала на выходе вибрирующего датчика, отводят вибрирующий датчик от средней точки лобной части лица и при этом измеряют максимальную амплитуду сигнала на выходе вибрирующего датчика, значение которой принимают за опорный сигнал, который сравнивают с измерительным сигналом.
Эффективность предлагаемого способа достигается в результате вычитания измерительного сигнала из опорного. При этом происходит компенсация синфазных помех и формирование сигнала измерительной информации.
Способ тонометрии глаза включает два режима работы - "измерение" и "тарировка" (см. фиг.1).
Режим "измерение" предназначен для организации измерительного сигнала при воздействии на глаз вибрирующим датчиком. Приближают вибрирующий датчик к глазу до наступления контакта с ним и действуют на глаз до момента исчезновения сигнала на выходе вибрирующего датчика. Отводят вибрирующий датчик от глаза и при этом измеряют максимальную амплитуду измерительного сигнала в точке Д (см. фиг.1).
Режим "тарировка" предназначен для получения опорного сигнала на стабильной мере в виде костной ткани лобной части лица. Вначале вибрирующий датчик приближают к средней точке лобной части лица до наступления контакта с этой точкой и действуют на нее до момента исчезновения сигнала на выходе вибрирующего датчика. Затем отводят вибрирующий датчик от средней точки лобной части лица и при этом измеряют максимальную амплитуду сигнала в точке Д′, которую принимают за опорный сигнал, на выходе вибрирующего датчика. Опорный сигнал Д′ сравнивают с измерительным сигналом Д (см. фиг.1).
Способ тонометрии поясняет временная диаграмма (фиг.1).
На графике (см. фиг.1) по оси X показана развертка по времени в процессе тонометрии глаза, а по оси У - положительная часть амплитуды вибрации вибрирующего датчика. В исходном положении (точка А) вибрация датчика отсутствует. При подаче на устройство напряжения вибрирующий датчик начинает вибрировать (точка Б) со строго заданной начальной амплитудой. Прикосновение к глазу вибрирующего датчика вызывает увеличение амплитуды его колебаний. Причем величина амплитуды имеет различный размах, лежащий в пределах между точками В и В1. Различный размах обусловлен скоростью подведения датчика к глазу. Чем больше эта скорость, тем меньше амплитуда колебаний (точка В), а чем меньше скорость подведения, тем выше амплитуда (точка В1). Экспериментально установлено, что наибольшая амплитуда вибрации датчика будет тогда, когда скорость подведения вибрирующего датчика будет много меньше максимальной угловой скорости колебаний вибрирующего датчика, а наиболее стабильные результаты при отведении вибрирующего датчика снимаются в точке Д. При отсутствии колебаний вибрирующего датчика (точка Г) приближение датчика к глазу следует прекратить.
Затем при отведении вибрирующего датчика от костной ткани лобной части лица измеряется максимальная амплитуда сигнала в точке Д′. Тарированный сигнал Д′ принимают за опорный, который сравнивают с измеряемым сигналом Д, для компенсации синфазных помех и формирования сигнала измерительной информации (см. Фиг.2).
Методика проведения тонометрии состоит в следующем.
На метрологически проверенное устройство подают питание от стабилизатора. Шаровидную насадку опусканием в 96 градусный этиловый спирт стерилизуют 4-5 с. Обнуляют показания тонометра. Пациент усаживается или укладывается на кушетку. Глазная щель разводится рукой оператора, производящего тонометрию. Вибрирующий стержень располагают параллельно глазу, так чтобы шарообразная насадка располагалась над поверхностью глаза. Затем устройство медленно приближают к глазу со скоростью не выше 2-3 мм/с. При наступлении контакта насадки с глазом появляется видимая увеличенная амплитуда колебаний насадки. Приближают датчик к глазу до его остановки, а затем отводят его от глаза. Общее время контакта датчика тонометра с глазом не превышает 1-1,5 сек. Уровень офтальмотонуса считывают с индикатора. Следующее измерение проводят после сброса показаний индикатора устройством сброса.
Для получения опорного сигнала выбирается костная ткань лобной части лица, так как она мало изменяется с течением времени. Так как костная ткань и стекловидное тело глазного яблока имеют разные физические показатели (плотность, вязкость, реологические свойства), то опорный и измерительный сигналы обладают разными амплитудами, что позволяет применить дифференциальный метод измерения (фиг.2).
Докажем эффективность предлагаемого способа тонометрии глаза.
1. Компенсацию синфазных помех h приведем на примере вычитания из опорного сигнала Д′ измеряемого Д.
Д=д+h+Δ1,
где д - амплитуда информационной части измерительного сигнала.
Синфазная помеха h определяется конструкцией прибора и внешними воздействиями, проявляющимися в пределах цикла измерения. Абсолютная погрешность измерения Δ1 определяется классом точности.
Теперь определим погрешность Δh для предлагаемого способа.
Д′=д′+h′+Δ2,
где д′ - амплитуда информационной части опорного сигнала.
Синфазная помеха h′ определяется конструкцией прибора и внешними воздействиями, проявляющимися в пределах цикла измерения. Абсолютная погрешность измерения Δ2 определяется классом точности.
При вычитании измерительного сигнала из опорного, для компенсации синфазных помех и формирования сигнала измерительной информации, получаем:
(д′-д)+(h′-h)+(Δ2-Δ1)=Δд+Δh+Δ21, причем Δh ввиду минимизации влияния синфазных помех близка к 0, так же близко к нулю значение абсолютной погрешности измерения, определяемой классом точности. Таким образом, Δд является критерием оценки ВГД.
2. Приведем количественную оценку диагностики глаукомы предлагаемым способом тонометрии глаза.
Глаукома - одна из главных причин слабовидения и слепоты. По данным ВОЗЮ это заболевание составляет 4-5% всей глазной патологии. В связи с этим решающее значение приобретают массовые профилактические осмотры, позволяющие выявить заболевание на ранних стадиях, что существенно влияет на результат лечения и дальнейшее течение заболевания. Одним из самых показательных признаков, свидетельствующих о необходимости проведения детального обследования пациента с применением всего спектра функциональных методов для уточнения диагноза, является повышение внутриглазного давления (ВГД) или его асимметрия.
В последние десятилетия появилось большое количество новых приборов для измерения внутриглазного давления. Оценим достоверность и объективность показаний тонометра с вибрирующим датчиком для измерения внутриглазного давления.
В настоящее время самым точным прибором измерения ВГД в офтальмологической практике считается тонометр Гольдмана, который и был использован в качестве эталонного при проведении сравнительных измерений. По данным литературы отклонения показаний тонометра Гольдмана не превышают, как правило, ±2 мм рт.ст.
Тонометрия по Гольдману проводилась по обычной методике, использовалось среднеарифметическое значение трехкратного измерения ВГД. Затем измерялось ВГД тонометром с вибрирующим датчиком: 1) по способу-прототипу; 2) по предлагаемому способу тонометрии глаза. Всего обследовано 9 пациентов в возрасте от 18 до 76 лет, из них 5 человек с первичной открытоугольной глаукомой (ПОУГ) различных степеней. Остальные составляли контрольную группу здоровых лиц. Исключались из исследования пациенты с высокой близорукостью, патологией роговицы, большим роговичным астигматизмом, восполительными заболеваниями век.
Расхождение результатов измерений, полученных способом тонометрии по Гольдману и способом-прототипом, составило не более 3,5 мм. рт.ст.; расхождение результатов измерений, полученных способом тонометрии по Гольдману и предлагаемым способом тонометрии глаза составило не более 2,0 мм рт.ст.
Результаты измерений представлены в таблице.
| № | Способы тонометрии глаза | Здоровые | ПОУГ | ||
| М, мм рт.ст. | ε, % | М, мм рт.ст. | ε, % | ||
| 0 | по Гольдману | 14,7 | 0 | 19,3 | 0 |
| 1 | прототип | 15,1 | 3 | 18,3 | 5 |
| 2 | предлагаемый | 14,8 | 1 | 18,8 | 3 |
| 3 | эффективность | η1 | 3 | η2 | 1,6 |
Рассчитаем относительную погрешность результатов измерений, полученных способом-прототипом ε1 и предлагаемым способом ε2 тонометрии глаза для здоровых глаз и глаз с первичной открытоугольной глаукомой.
Относительную погрешность рассчитаем по формуле:
,
где M0, M1, M2 - среднеарифметические значения результатов, полученных по Гольдману, в прототипе и предлагаемом решении.
По относительным погрешностям ε1 и ε2 определяем эффективности η1 и η2. 
,
где η1, η2 - эффективности применения предлагаемого способа тонометрии глаза для здоровых глаз и глаз с первичной открытоугольной глаукомой.
Из таблицы видно, что предлагаемый способ тонометрии глаза повышает точность измерения ВГД для здоровых глаз в 3 раза, а для глаз с первичной открытоугольной глаукомой - более чем в 1,5 раза. В связи с этим становится понятной перспектива широкого применения его в офтальмологической практике, особенно при массовых осмотрах. Однако следует отметить, что правильность измерения ВГД предлагаемым способом тонометрии глаза зависит от точности соблюдения методики тонометрии.
Таким образом, введение стабильной меры, значение которой принимают за опорный сигнал, и его сравнение с измерительным сигналом в отличие от известных решений компенсирует синфазные помехи и в два раза снижает погрешность измерения. Это приводит к повышению точности измерения ВГД, что в свою очередь позволяет поставить более точный диагноз заболевания и провести соответствующее лечение.
Способ тонометрии глаза, заключающийся в организации измерительного сигнала при воздействии на глаз вибрирующим датчиком, который приближают к глазу до наступления контакта с ним и действуют на глаз до момента исчезновения сигнала на выходе вибрирующего датчика, отводят вибрирующий датчик от глаза и при этом измеряют максимальную амплитуду измерительного сигнала на выходе вибрирующего датчика, по значению которой судят об офтальмотонусе, отличающийся тем, что вводится стабильная мера в виде костной ткани лобной части лица, для чего вначале приближают вибрирующий датчик к средней точке лобной части лица до наступления контакта с этой точкой и действуют на нее до момента исчезновения сигнала на выходе вибрирующего датчика, отводят вибрирующий датчик от средней точки лобной части лица и при этом измеряют максимальную амплитуду сигнала на выходе вибрирующего датчика, значение которой принимают за опорный сигнал, который сравнивают с измерительным сигналом.
