Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ТОНОМЕТРИИ ГЛАЗА

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. 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.

Недостатками данного способа являются: низкая точность, связанная с влиянием на амплитуду колезонда плотности ретробульбарной клетчатки, влияющей на амплитуду колебаний всего глаза, соизмеримой с амплитудой колебаний зонда; 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.

Известен способ измерения ВГД [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.

Недостатками данного способа являются: нестабильность во времени характеристик механического вибрирующего датчика; характеристики механического вибрирующего датчика в значительной мере подвержены влиянию окружающей среды, что приводит к изменению усилий в колебательной системе; амплитуда вынужденных акустических колебаний 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.

Прототипом является способ [Патент РФ №2361506 - Способ тонометрии глаза / Соколова Т.С., Иванова Л.Ю., Калинина Е.В., Леонтьев Е.А. - А61В 3/16, 2007], 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, вводят стабильную меру 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.

Недостатками данного способа являются: низкая метрологическая эффективность из-за субъективного анализа максимального амплитудно-временного сигнала; асинхронность во времени между измерениями амплитуд измерительного и опорного сигналов; отсутствие нормируемого эквивалента, позволяющего интегрально судить об изменении амплитуды измерительного и опорного сигналов во времени.

Технической задачей способа является повышение метрологической эффективности, а именно точности тонометрии, за счет устранения методической и динамической погрешности.

Техническая задача достигается тем, что в способе тонометрии глаза, заключающемся в организации исследуемого и опорного сигналов при воздействии на глаз и лобную часть лица вибрирующим датчиком, который приближают к глазу и лобной части лица до наступления контакта с ними и действуют на глаз и лобную часть лица до момента исчезновения сигнала на выходе вибрирующего датчика, отводят вибрирующий датчик от глаза и лобной части лица и при этом измеряют амплитуду исследуемого сигнала на выходе вибрирующего датчика, в отличие от известных решений, нормируемым эквивалентом служит амплитудно-временная калибровочная характеристика с программно управляемыми предельными параметрами, для этого последовательно измеряют две амплитуды исследуемого и опорного сигналов в два момента времени, по которым рассчитывают предельные параметры исследуемой и опорной характеристик: предельную амплитуду и постоянную времени, по которым аппроксимируют исследуемую и опорную характеристики, из разницы которых находят действительную характеристику, по которой судят об офтальмотонусе.

Сущность способа поясняют фигуры 1-4. Калибровочная амплитудно-временная характеристика (АВХ), полученная из аппроксимации исследуемой и опорной характеристик по двум амплитудам в два момента времени, представлена на фиг. 1. На фиг. 2 изображены исследуемая U₁, опорная U₂ и действительная характеристики - ΔU. Эталонная 1 и калибровочная 2 АВХ - на фиг. 3, а на фиг. 4 приведена погрешность между ними, по которым рассчитывают предельные параметры исследуемой и опорной характеристик.

Способ тонометрии глаза включает 2 режима работы: 1) "измерение" и 2) "калибровка"(см. фиг. 1).

1) Режим "измерение" предназначен для организации исследуемого и опорного сигналов при воздействии на глаз и лобную часть лица вибрирующим датчиком, который приближают к глазу и лобной части лица до наступления контакта с ними и действуют на глаз и лобную часть лица до момента исчезновения сигнала на выходе вибрирующего датчика, отводят вибрирующий датчик от глаза и лобной части лица, костная ткань которой служит нормируемой мерой (см. фиг. 1).

2) Режим "калибровка" предназначен для ввода нормируемого эквивалента, которым служит калибровочная амплитудно-временная характеристика U_i (фиг. 1) с программно управляемыми предельными параметрами. Для этого последовательно измеряют две амплитуды исследуемого U₁ и опорного U₂ сигналов в два момента времени t₁ и t₂ (фиг. 1), по которым рассчитывают предельные параметры исследуемой U₁ и опорной U₂ (фиг. 2) характеристик: предельную амплитуду U₀ и постоянную Т₀ времени. По ним аппроксимируют исследуемую U₁ и опорную U₂ характеристики, из разницы которых находят действительную ΔU характеристику, по которой судят об офтальмотонусе.

Далее определяют предельные параметры калибровочной амплитудно-временной характеристики (АВХ). Математическая модель АВХ выбрана в экспоненциальной форме F₀(Ф)=U(t,U₀,T₀):

где U₀ и Т₀ - предельные параметры АВХ: предельное напряжение и постоянная времени.

Определяют параметры АВХ, решая систему из двух уравнений:

где U₁ - амплитуда сигнала в момент времени t₁, U₂ - амплитуда сигнала в момент времени t₂.

Параметр U₀ рассчитывают из инверсной (2) системы уравнений модели

Поделим второе уравнение системы (3) на первое, и с учетом соотношения моментов времени t₂=n·t₁, из логарифмического уравнения

после экспоненцирования, запишем степенное уравнение

где n=t₂/t₁.

Разложим левую часть равенства по формуле бинома Ньютона:

отсюда приведем к квадратному уравнению

После сокращения единиц и понижения степени на U₀ находим предельное напряжение

Из первого уравнения системы (3) определяем алгоритм оптимизации постоянной времени

По найденным предельным параметрам восстанавливают исследуемую характеристику U_i в экспоненциальной форме по формуле (1) (фиг. 1). Таким же образом восстанавливают опорную характеристику, затем получают следующую систему

Из разницы исследуемой и опорной характеристик соответственно получают калибровочную характеристику ΔU, по которой судят об офтальмотонусе (7) (фиг. 2).

Определяем калибровочную характеристику ΔU₀ здорового человека. Судить об офтальмотонусе любого пациента можно, сравнивая полученную ΔU для него характеристику с нормированной ΔU₀ характеристикой.

По алгоритму возможны три случая: 1) если ΔU_i=ΔU₀, то пациент здоров; 2) если ΔU_i>ΔU₀, то у пациента ВГД повышено; 3) если ΔU_i<ΔU₀, то у пациента ВГД понижено (8).

Докажем эффективность предлагаемого способа тонометрии глаза.

Эффективность предлагаемого способа достигается в результате введения нормируемого эквивалента, которым служит калибровочная амплитудно-временная характеристика с программно управляемыми предельными параметрами.

1. Снижение методической погрешности и работоспособность метода доказываются тождественностью предельных параметров U₀ и Т₀ амплитудно-временной характеристики, определяемых по любым ij-ым сочетаниям двух амплитуд U_ij измеренных сигналов в два момента времени с периодом 0,1 с. Полученные в результате эксперимента данные для каждого момента времени приведены в таблице.

U_i - амплитуды исследуемого сигнала; U_0i и T_0i - предельные параметры исследуемой и опорной характеристик; ε_U0i и ε_T0i - погрешности определения предельных параметров калибровочной характеристики; ε_F - погрешность между экспериментальной и калибровочной функциями моделирования.

Из таблицы видно, что при увеличении амплитуд U_i сигнала в десять раз (с 2,66 до 26,95) тождественность предельных параметров U_0i и T_0i с погрешностью ε_U0i~ε_T0i<0,2%. При этом методическая погрешность ε_F между экспериментальной и калибровочной функциями не превышает 2·10^-14%.

2. Снижение динамической погрешности определяется сравнением погрешностей предельных параметров ε_U0i~ε_T0i предлагаемого способа и способа-прототипа ε_+- изменения максимальной амплитуды.

Динамическая погрешность измерения максимальной амплитуды определяется как соотношение амплитуд A_i-1 и A_i+1 к A_i (фиг. 1).

В результате эксперимента установлено, что ε₊=12,79% и ε_-=12,44%.

Динамическая погрешность определения предельных параметров амплитудно-временной характеристики не превышает 0,196%.

следовательно, эффективность по точности увеличилась на два порядка.

Таким образом, введение калибровочной амплитудно-временной характеристики, которая служит нормируемым эквивалентом, в отличие от известных решений устраняет методическую и уменьшает на два порядка динамическую погрешности измерения. Это приводит к повышению точности измерения ВГД, что, в свою очередь, позволяет поставить более точный диагноз заболевания и провести соответствующее лечение.