Способ исследования лабильности зрительной системы и устройство для его осуществления

Группа изобретений относится к области медицины. Исследование критической частоты слияния мельканий проводится путем последовательного предъявления одиночных импульсов одного из трех цветов - красного, зеленого или синего, начиная с самой малой длительности и с постепенным увеличением длительности до момента восприятия импульса пациентом. Критическая частота слияния мельканий измеряется в трех точках поля зрения: в височной, носовой и центральной области. После этого проводят стимуляцию двумя световыми импульсами. При этом измеряется время восприятия между парой импульсов, когда пациент видит не одну, а две вспышки. После этого исследуется порог электрической чувствительности в височной, носовой и центральной области, начиная с самой малой величины до его восприятия пациентом, и измеряется длительность импульса, при котором возникает фосфен. Затем измеряется время между двумя раздражениями. Устройство для данного способа состоит из корпуса, блока управления, который своими выходами электрически соединен с входами: генератора импульсов, формирователем длительности импульсов, генератором тока, коммутатора светодиодов в матрицах и цифровым дисплеем, а своим входом с клавиатурой. При этом коммутатор соединен со светодиодами в матрице, которые вставлены в окуляры пробной очковой оправы, а генератор импульсов своим выходом соединен с входом формирователя длительности импульсов, который своим выходом соединен с входом генератора тока, с выхода которого импульсы тока поступают на электроды. Применение данной группы изобретений позволит сократить время исследования и получить достоверную информацию о патологии зрительного пути. 2 н. и 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к медицине, более точно к офтальмологии, и предназначено для диагностики патологических процессов зрения.

Понижение остроты зрения часто зависит от степени воспалительных изменений папилломакулярного пучка. Обычно отмечается сужение границ поля зрения, которое может быть концентрическим или более значительным в одном из участков. Сужение периферических границ поля зрения нередко сочетается со скотомами. Появляются центральные или парацентральные скотомы. Характерны также резкое сужение поля зрения на красный цвет и нарушение цветоощущения.

В клинике для исследования функционального состояния зрительного анализатора широко применяются психофизиологические исследования: периметрия; исследование критической частоты слияния мельканий (КЧСМ), исследование порога электрической чувствительности (ПЭЧ) и лабильности зрительного нерва методом стимуляции электрическими импульсами с разной частотой (ЭЛ).

Известно, что данные психофизических методов демонстрируют большую степень корреляции с дефектами полей зрения, чем результаты электрофизиологических методов (Martus P. Et. Al. 1998). Например, на начальном этапе заболевания глаукомой психофизические методики, такие как периметрия, исследование критической частоты слияния мельканий (КЧСМ) и исследование электрической чувствительности (ПЭЧ) оказываются более информативны, чем электрофизиологические исследования (см., например, Сборник статей "Клиническая физиология зрения", Москва - 2000).

Тяжесть нарушений зрения согласно Международной классификации зрительных расстройств (МКБ 9-го пересмотра, Женева, 1989 г.) подразделяется на 4 степени. Каждая степень нарушения зрения характеризуется несколькими показателями, среди которых, наравне с остротой и полем зрения, используются данные КЧСМ и электрической чувствительности и лабильности зрительного нерва.

- Первая степень нарушений функций органа зрения имеет следующие основные характеристики: острота зрения более 0,3; поле зрения нормальное или концентрически сужено до 40 градусов, зрительная работоспособность нормальная, показатели ЭФИ: порог электрической чувствительности (ЭЧ) до 80 мкА, лабильность до 45 Гц, КЧСМ до 45 п./сек.

- Вторая степень нарушений функций зрения: острота зрения от 0,1 до 0,3, поле зрения менее 40, но более 20 градусов, при отсутствии скотом в центральной зоне сетчатки зрительная работоспособность умеренно снижена, показатели ЭФИ: пороги ЭЧ до 120 мкА; лабильность до 30 Гц, КЧСМ до 30 п./сек.

- Третья степень нарушений функций зрения: острота зрения 0,1-0,05, поле зрения равно или менее 20 градусов, но шире 10 градусов, в центральном поле зрения - единичные или множественные несливные скотомы, выраженное снижение зрительной работоспособности, показатели ЭФИ: пороги ЭЧ до 300 мкА, лабильность до 20 Гц, КЧСМ до 20 п./сек.

- Четвертая степень нарушений функций зрительного анализатора: острота зрения 0,04-0,001, поле зрения равно или менее 10 градусов, в центральном поле зрения имеются центральные или парацентральные сливные скотомы; зрительная работоспособность: выраженное снижение или отсутствие, показатели ЭФИ: пороги ЭЧ более 300 мкА или не определяются, лабильность менее 20 Гц или отсутствует, КЧСМ менее 20 п./сек или отсутствует. Как видно из данной классификации, показатели лабильности зрительной системы при исследовании критической частоты слияния мельканий и электрофосфена полностью совпадают.

Под КЧСМ понимается максимальная частота прерывистого светового излучения, при котором глаз начинает воспринимать излучение как непрерывное. При малой частоте слияния мельканий пациент видит серию вспышек, а с увеличением частоты мельканий появляется ощущение мерцания, и, наконец, ощущение полного слияния.

Известно, что КЧСМ является функцией световой и различительной способности системы, характеризующей функциональную подвижность (лабильность) зрительного пути от рецепторов сетчатки до головного мозга.

В офтальмологической практике КЧСМ служит критерием для диагностики ряда заболеваний, в том числе таких, как глаукома, частичная атрофия зрительного нерва, макулодистрофия, врожденная миопия высокой степени, врожденная колбочковая дисфункция, опухоль гипофиза и др.

Исследования электрической чувствительности наиболее часто проводят при помутнении оптических сред глаза, например при катарактах - врожденной у детей или приобретенной в результате воздействия коротковолновых излучений диапазона ниже 400 нм; при возрастной катаракте; отслойке и патологических изменениях в сетчатке глаза.

При исследовании электрической чувствительности на глаз воздействуют импульсным током от 35 до 450 мкА в зависимости от количества затронутых патологическим процессом волокон зрительного нерва. Человек воспринимает эти электрические импульсы в виде очень слабых бесцветных или голубоватых вспышек, называемых электрическим фосфеном (ЭФ). Минимальная сила тока, при которой человек воспринимает ЭФ, составляет 35-60 мкА и определяется как порог электрической чувствительности ПЭЧ. Пороговая сила тока, при которой возникают едва заметные световые мелькания, зависит от частоты подаваемых импульсов тока, например, при частоте импульсов 20 Гц требуется минимальная сила тока, чтобы вызвать электрофосфен (Богословский А.И., Ковальчук Н.А. Электрический фосфен в офтальмологии // Клиническая электрофизиология зрительной системы. Научные труды НИИ глазных болезней им. Гельмгольца, Москва 1980).

При плавном увеличении частоты раздражающих электрических импульсов наступает момент, когда человек перестает ощущать ЭФ. Этот момент обозначается как критическая частота исчезновения мельканий и, как считается рядом исследователей, является показателем функционального состояния "центрального" пучка зрительного нерва, где преобладают колбочки.

На основании многочисленных экспериментальных исследований было выявлено, что ПЭЧ характеризует функциональное состояние волокон зрительного нерва, ганглиозных клеток сетчатки и коррелирует с общей площадью патологических скотом в поле зрения: чем больше площадь дефектов поля зрения, тем выше порог электрофосфена соответственно, чтобы вызвать ЭФ, требуется увеличение силы тока.

Прямых доказательств, что ток возбуждает именно ганглиозные клетки сетчатки, нет.

Известно, что аксоны ганглиозных клеток идут по внутренней поверхности сетчатки, обращенной к стекловидному телу, и остаются немиелинизированными из-за необходимости сохранить максимальную прозрачность (см., например, К.Смит, Биология сенсорных систем. Москва, 2005). Также известно, что при врожденной колбочковой дисфункции порог электрической чувствительности может быть в норме, а КЧСМ значительно ниже нормы, следовательно, можно предположить, что стимулирующий ток деполяризует не ганглиозные клетки сетчатки, а непосредственно немиелинизированые окончания аксонов, входящих в ганглиозные клетки.

Восприятие испытуемым света и цвета в названных методиках имеют свои особенности, так, если в КЧСМ исследовании при частоте мельканий выше 55 Гц человек видит равномерное свечение при любой фиксации взора, то при электрофосфене на частотах выше 55 Гц (в редких случаях 60 Гц) восприятие света прекращается. Другое отличие состоит в том, что при исследовании КЧСМ человек видит свет того спектрального состава, который предъявляется, а при исследовании электрической чувствительности всегда только беловато-голубоватый. Это можно объяснить суммацией ответов аксонов колбочковой системы сетчатки. Однако отмечалось, что пациенты с нарушениями цветовосприятия воспринимают ПЭЧ только как беловато-голубоватый свет.

Эксперименты показали, что в центральной нервной системе имеется "фильтр", который блокирует для зрительного восприятия частоты выше 60 Гц, а восприятие равномерного свечения при КЧСМ объясняется естественным тремором глаз (см., например, А.Л.Ярбус. Роль движений глаз в процессе зрения. "Наука", Москва, 1965).

Известно, что зрительная система на всех уровнях своей организации (в сетчатке, зрительном нерве, хиазме и вышележащих проводящих путях и центрах) по-разному чувствительна к световым и электрическим стимулам. В широкоиспользуемых диагностических приборах для исследования КЧСМ и ПЭЧ, как правило, реализуется только возможность стимуляции центральной зоны поля зрения, между тем расширение зоны исследования за счет стимуляции избранных парацентральных и периферических зон поля зрения должно и может резко повысить диагностические возможности перечисленных методик в клинике. Особенно важно сопоставить данные показателей КЧСМ и ПЭЧ при стимуляции импульсами разной частоты и длительности в разных частях поля зрения. Другим важным моментом является исследование КЧСМ на фоне электрической стимуляции. Эксперименты показали, что после воздействия электрической стимуляции повышаются показания КЧСМ.

Считалось, что при любой локализации активного электрода в области глаза электрический фосфен проявляется в височной области поля зрения, а величина ПЭЧ не зависит от расположения электрода. Однако недавно проведенные детальные исследования на 112 здоровых испытуемых показали, что в норме ПЭЧ при расположении электрода с височной стороны составляет 57±1,2 мкА, при расположении электрода с носовой стороны ПЭЧ составляет 51±1,2 мкА, ЭЛ с височной стороны составляет 45,7±0,26 мкА, а в носовой части ЭЛ 43±0,25 мкА и находится в пределах ошибки измерения. Такой же результат сравнения был получен у пациентов при миопии, катаракте (без патологии глазного дна), инволюционной макулодистрофии (см. Н.А.Шигина, И.Г.Куман, К.В.Голубцов и др. Применение электрического тока в диагностике и лечении патологии зрительного нерва и сетчатки. - Русский Медицинский Журнал, т.2. #2. 2001).

При проведении нами исследования ПЭЧ и КЧСМ у пациентов с глаукоматозной оптической нейропатией, восходящей атрофией зрительного нерва (АЗН), оптических невритах зрительного нерва и при макулярных отеках регистрировали достоверное увеличение разницы ПЭЧ, определяемого в двух противоположных точках глазного яблока - эта разница могла варьировать от 25 до 260 мкА. У пациентов с нисходящей АЗН при оптохиазмальном арахноидите, черепно-мозговой травме разность ПЭЧ не превышала 15-20 мкА, при этом, однако, были снижены показатели ЭЛ и КЧСМ. Следует отметить, что у здоровых пациентов показатели ЭЛ в височной стороне выше, чем в носовой, а для возникновения ПЭЧ височных частях поля зрения требуется ток больше, чем для внутренних (носовых) частей поля зрения.

Приведенные методы исследования лабильности осуществляются в настоящее время на различных приборах, многие из которых морально устарели и находятся в различных кабинетах, что затрудняет проведение дифференциальной диагностики.

В предлагаемом изобретении перечисленные методики выполнены в одном блоке электро- и светостимуляции, что сокращает время исследования. Кроме того, методика исследования позволяет выявлять нарушения не только на нерве в целом, но и в отдельных локальных участках зрительного тракта, что дает возможность выявлять патологические процессы на ранней стадии развития. Известно, что в начальной стадии заболевания при частичной атрофии волокон зрительного нерва КЧСМ электрическая чувствительность и лабильность при использовании традиционных методов, обычно применяемых в клинике, оказываются в пределах нормы. Например, при начальной стадии атрофии зрительного нерва КЧСМ снижается незначительно, как при обычном зрительном утомлении. В то же время известно, что критическая частота слияния мельканий неравномерна по полю зрения и зависит от места предъявления стимула (см. Зуева М.В., Голубцов К.В. и др. Зависимость локальных нарушений от характера патологических изменений в зрительной системе. Современные аспекты нейроофтальмологии. Материалы III - Московской научно-практической нейроофтальмологии. Москва, 1999). На периферии в височных частях поля зрения у здорового человека КЧСМ достигает 60 Гц, а в центральной зоне сетчатки в норме на красный стимул 43-46 Гц и 48-50 Гц на зеленый стимул и постепенно снижается к назальной (носовой) части поля зрения, где КЧСМ составляет в норме 38±1,2 Гц. Было показано, что в начальной стадии атрофии волокон зрительного нерва КЧСМ в большей степени снижается в височной области поля зрения при незначительном снижении в центральной области.

В клинике при исследовании электрической чувствительности (ПЭЧ) и КЧСМ обычно применяется ток и световой импульс одной длительности. Однако известно, что распространение возбуждения по нервному волокну зависит от электрических параметров: сопротивления и емкости волокна, свойств окружающей среды вокруг волокна, а также от свойств мембраны как генератора импульсов. При известном сопротивлении мембраны ее емкость характеризуется постоянной времени. Зависимость постоянной времени от емкости и сопротивления мембраны описывается следующим известным выражением: Tm=Cm × Rm, где Tm - постоянная времени, Cm - емкость мембраны (мф/см²), Rm - сопротивление мембраны (Ом/см²). Известно, что мембранный потенциал возникает только при условии, что мембранный ток превышает некоторую пороговую величину. Отсюда, если пропускать через волокно очень слабый ток, то оно будет вести себя как пассивный проводник и мембранный генератор импульсов не включится. Следовательно, порог электрической чувствительности и лабильность будут зависеть как от сопротивления, так и емкости мембраны волокна. При короткой длительности стимулирующего импульса емкость мембраны не успевает зарядиться и мембранный потенциал не возникнет. С увеличением сопротивления мембраны волокна для возникновения мембранного потенциала требуется увеличение амплитуды раздражающего импульса, а при увеличении емкости мембраны волокна - увеличение длительности импульса. Отсюда, как отмечается в ряде исследований, на частоте стимуляции 20 Гц для возникновения ПЭЧ требуется ток в 2-3 раза ниже, чем при одиночном импульсе. Этот эффект можно объяснить тем, что при стимуляции частотой 20 Гц емкость мембраны не успевает полностью разрядиться и порог восприятия снижается, поэтому на этой частоте требуется минимальная сила тока, чтобы вызвать электрофосфен. Учитывая вышеизложенное, а также то обстоятельство, что при оценке тяжести нарушения зрения требования к оценкам лабильности, измеряемым КЧСМ и ЭЛ, совпадают, для диагностики достаточно измерять только ПЭЧ в нескольких точках сетчатки при разной длительности электрического импульса, а лабильность исследовать методом КЧСМ на различные цвета в различных участках поля зрения. При заболеваниях в области хиазмы ПЭЧ и ЭЛ рекомендуется исследовать в височных и носовых областях сетчатки. Так, известно, что заболевания в области хиазмы порождают довольно типичную картину изменения полей зрения, когда страдают в основном зрительные волокна от внутренних (носовых) половин сетчатки. Следовательно, для диагностики заболеваний хиазмы нужно исследовать ЭЛ во внутренних (носовых) половинах сетчатки обоих глаз. Если показатели ЭЛ снижены во внутренних половинах обоих глазах в равной степени, а показатели ЭЛ в височных частях в пределах нормы, то можно говорить о наличии опухоли в районе хиазмы или расширения III желудочка мозга. Такая диагностика более информативна, сокращает время исследования, позволяет выявлять новообразования в районе хиазмы и атрофию зрительного нерва на начальной степени заболевания.

Известен способ диагностики утомления человека (см., например, патент SU 1445694, Овчиников Н.Д.), заключающийся в том, что размещают перед глазами пациента светозащитную очковую оправу со встроенными в переднюю панель светодиодами, подключенными к средству генерации и формирования импульсов света различной длины волны красного, зеленого и синего, и осуществляют диагностику функционального состояния зрительного анализатора. Световые мелькания предъявляют одновременно на оба глаза парацентрально и по разности критической частоты слияния мелькании определяют степень межполушарной функциональной асимметрии мозга, по которой судят о степени утомления обследуемого пациента. Однако предлагаемый способ не позволяет осуществлять диагностику функционального состояния зрительного нерва в разных частях поля зрения.

Известен способ диагностики патологии зрительного нерва (см., например, патент RU 1734682), заключающийся в том, что определяют порог электрической чувствительности сетчатки в двух противоположных точках глазного яблока и при разности полученных результатов более чем на 20 мкА диагностируют патологию зрительного нерва на уровне сетчатки. Недостатком данного способа является то, что длительность стимулирующего импульса постоянна в пределах 10 мсек и, следовательно, при стимуляции не учитывается емкость мембраны волокна; другим недостатком является отсутствие возможности исследования КЧСМ.

Известен способ топической диагностики дефектов поля зрения (см. патент RU 2168964, авторы: Зуева М.В., Цапенко И.В., Голубцов К.В. и др.). Способ позволяет выявлять КЧСМ в различных точках поля зрения. Недостатком способа является отсутствие возможности изменять длительность стимулов; другими недостатками способа являются значительное время исследования и отсутствие возможности исследовать электрическую чувствительность при помутнении оптических сред и его значительная стоимость.

Известен способ диагностики нарушений зрительных функций, способ восстановления зрительных функции и устройство для их осуществления (см. патент RU 2189151, авторы: Голубцов К.В., Куман И.Г. и др.). Способ диагностики позволяет выявлять патологию центральной зоны сетчатки методом КЧСМ на красные, зеленые и синие стимулы и на основе полученных показателей проводить восстановительную терапию. Недостатком способа является отсутствие возможности исследовать порог электрической чувствительности и лабильности зрительного нерва. Кроме того, способ не позволяет менять длительность световых стимулов и исследовать КЧСМ в различных областях сетчатки.

Предлагаемый способ исследования лабильности зрительного нерва отличается тем, что исследование КЧСМ проводится путем последовательного предъявления одиночных импульсов одного из трех цветов (красного, зеленого или синего), начиная с самой малой длительности и с постепенным увеличением длительности до момента его восприятия пациентом. Причем КЧСМ измеряется как минимум в трех точках поля зрения: височной, носовой и центральной. Затем проводят стимуляцию двумя световыми импульсами, при этом измеряется время восприятия между парой импульсов, когда пациент видит не одну, а две вспышки. Чем меньше время восприятия между двумя вспышками, тем выше лабильность. После этого исследуется порог электрической чувствительности в височной носовой и центральной области, начиная с самой малой величины (например с 50 мкА) до его восприятия, и измеряется длительность импульса, при котором возникает фосфен. Затем измеряется время между двумя раздражениями. При измерении порога путем увеличения длительности электрического импульса до возникновения фосфена можно судить о свойствах мембраны волокна зрительного нерва. Такой способ диагностики значительно сокращает время исследования и дает более достоверную информацию о патологии зрительного пути. Рекомендуется исследовать ЭЛ при помутнении оптических сред, так как в этом случае показатели КЧСМ на цветные стимулы будут значительно отличаться от нормальных показателей в поле зрения, а также при патологических процессах в самой сетчатке. Рекомендуется исследовать КЧСМ с одновременной стимуляцией током.

Для более эффективной реализации указанного способа диагностики нарушений зрительных функций предлагается использовать устройство для осуществления способа диагностики нарушения зрительных функций, состоящее из корпуса, генератора импульсов, формирователя длительности импульсов, генератора тока, блока управления, клавиатуры, цифрового дисплея, коммутатора переключения светодиодов в матрицах, двух светодиодных матриц, светодиодами, количество светодиодов - N в каждой матрице, пробной очковой оправы, электродов для электростимуляции, причем блок управления своими выходами электрически соединен с входами: генератора импульсов; формирователем длительности импульсов; генератором тока; коммутатора светодиодов в матрицах и цифровым дисплеем, а своим входом клавиатурой, а коммутатор соединен со светодиодами в матрице, которые, в свою очередь, вставлены в окуляры пробной очковой оправы, в свою очередь генератор импульсов своим выходом соединен с входом формирователя длительности импульсов, который своим выходом соединен с входом генератора тока, с выхода которого импульсы тока поступают на электроды.

Данное устройство может иметь второй регулируемый формирователь длительности, который своим входом подключен к генератору импульсов, а выход подключен к генератору тока, с целью исследования критической частоты слияния мельканий на фоне электрической стимуляции. Также это устройство может быть реализовано на однокристальной ЭВМ.

На чертеже представлена блок-схема данного устройства.

Устройство состоит из корпуса 1, генератора импульсов 2, формирователя длительности импульсов 3, генератора тока 4, блока управления 5, клавиатуры 6, цифрового дисплея 7, коммутатора переключения светодиодов в матрицах 8, двух светодиодных матриц 9 и 10, пробной очковой оправы 11, электродов для электростимуляции 12.

1. Способ исследования лабильности зрительной системы, отличающийся тем, что исследование критической частоты слияния мельканий проводится путем последовательного предъявления одиночных импульсов одного из трех цветов - красного, зеленого или синего, начиная с самой малой длительности и с постепенным увеличением длительности до момента восприятия импульса пациентом; критическая частота слияния мельканий измеряется как минимум в трех точках поля зрения: в височной, носовой и центральной областях; после этого проводят стимуляцию двумя световыми импульсами, при этом измеряется время восприятия между парой импульсов, когда пациент видит не одну, а две вспышки, после этого исследуется порог электрической чувствительности в височной, носовой и центральной областях, начиная с самой малой величины до его восприятия пациентом и измеряется длительность импульса, при котором возникает фосфен; затем измеряется время между двумя раздражениями.

2. Устройство для исследования лабильности зрительной системы, состоящее из корпуса, генератора импульсов, формирователя длительности импульсов, генератора тока, блока управления, клавиатуры, цифрового дисплея, коммутатора переключения светодиодов в матрицах, двух светодиодных матриц, светодиодов, количество светодиодов - N в каждой матрице, пробной очковой оправы, электродов для электростимуляции, причем блок управления своими выходами электрически соединен с входами генератора импульсов, формирователем длительности импульсов, генератором тока, коммутатора светодиодов в матрицах и цифровым дисплеем, а своим входом с клавиатурой, а коммутатор соединен со светодиодами в матрице, которые, в свою очередь, вставлены в окуляры пробной очковой оправы, в свою очередь, генератор импульсов своим выходом соединен с входом формирователя длительности импульсов, который своим выходом соединен с входом генератора тока, с выхода которого импульсы тока поступают на электроды.

3. Устройство по п.2, дополнительно включающее второй регулируемый формирователь длительности, который своим входом подключен к генератору импульсов, а выход подключен к генератору тока с целью исследования критической частоты слияния мельканий на фоне электрической стимуляции.

4. Устройство по п.2, реализованное на однокристальной ЭВМ.