УСТРОЙСТВО И СПОСОБЫ МОНИТОРИНГА ПРОГРЕССИРОВАНИЯ ПОТЕРИ ПОЛЯ ЗРЕНИЯ ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ
DEVICE AND METHODS FOR MONITORING PROGRESSION OF LOSS OF VISUAL FIELD OF USER

Область техники
Настоящее изобретение относится к устройству и способам мониторинга биомеханических свойств глаза (ocular biomechanical properties, OBP) и/или обнаружения, и/или диагностики, и/или исследования глазных заболеваний. Настоящее изобретение относится, в частности, к системе и способу, включающим устройство, которое может быть помещено на глаз пользователя для мониторинга одного или более биомеханических свойств глаза, в том числе, например, внутриглазного объема (ВГО) и внутриглазного давления (ВГД), и их изменений в течение длительного периода времени и выполнено с возможностью использования этих биомеханических свойств глаза для прогнозирования прогрессирования потери поля зрения у подвергаемого мониторингу пользователя.
Уровень техники
Глаукома представляет собой гетерогенную группу прогрессирующих оптических нейропатий, характеризующуюся потерей ганглиозных клеток сетчатки (ГКС), что, в конечном счете, приводит к потере зрения и последующей необратимой слепоте. Ранняя диагностика и эффективное лечение имеют ключевое значение, поскольку болезнь поддается лечению и ее прогрессирование может быть замедлено или остановлено, в то время как глаукоматозное нарушение зрения необратимо. У большинства индивидуумов болезнь находится в состоянии медленного прогрессирования. У некоторых она может оставаться бессимптомной годами и медленно прогрессировать. Однако другие испытывают быстрое прогрессирование заболевания, которое ставит индивидуума под угрозу ухудшения зрения или слепоты.
Прогрессирование глаукомы представляет собой усугубление заболевания, т.е. дополнительную потерю поля зрения, связанную с гибелью зрительных нервных клеток. С клинической точки зрения прогрессирование классифицируют как функциональное, когда речь идет о прогрессировании потери поля зрения (visual field progression, VFP), и структурное, когда речь идет об изменениях в слое нервных волокон сетчатки (СНВС). Как функциональные, так и структурные изменения могут быть оценены с течением времени для понимания скорости изменения и, следовательно, прогрессирования заболевания.
В частности, оценка СНВС может выявить неблагоприятное структурное развитие волоконных слоев, вызываемое также ишемической оптической нейропатией, заключающейся в расстройстве, при котором кровоснабжение зрительного нерва внезапно прерывается, частично или полностью. Это может привести к внезапной потери зрения.
Или же, прогрессирование потери поля зрения представляет собой прогрессирующую потерю поля зрения, определяемую неблагоприятным развитием с течением времени функции глаза, зрения. Это развитие может быть обнаружено посредством анализа из нескольких проверок зрения, выполняемых с течением времени, обычно с интервалом от 6 до 12 месяцев. Данная прогрессирующая потеря функции может, в принципе, иметь разные причины, одной из которых является глаукома.
Обнаружение ишемической оптической нейропатии является известным способом, который выявляет причины структурного расстройства, вызывающего внезапную острую потерю зрения. Однако этот способ, концентрирующийся на структурном развитии в данный момент времени позволит лишь объяснять состояние в этот момент времени со ссылкой на структурное расстройство, но абсолютно не имеет прогностической ценности в отношении будущего развития функциональной эффективности глаза.
Функциональное прогрессирование относится к фактической функции зрения пользователя, которую оценивают посредством проверки поля зрения (ПЗ). В клинической практике данные последовательных проверок ПЗ каждого субъекта, страдающего глаукомой, лежат в основе оценки глаукоматозного VFP. Зная, что при первых же проявлениях прогрессирования потери ПЗ ухудшение становится необратимым, VFP по существу, оценивают с использованием дискретных измерений на протяжении месяцев и лет, чтобы оценивать прогрессирование и скорость прогрессирования (в дБ/год) у пользователя.
Одним из путей преодоления задержки в измерении VFP и, следовательно, предотвращения необратимого повреждения, является оценка вероятности VFP на основе ВГД как единственного фактора риска развития и прогрессирования глаукомы, поддающегося изменению. Однако роль ВГД в болезни понятна не до конца, в частности, поскольку индивидуальная предрасположенность к ВГД может отличаться, что объясняет, почему у значительного количества пользователей с нормальным ВГД может развиваться глаукома или происходить VFP, тогда как у других пользователей с повышенным ВГД нет признаков болезни или проявляется незначительное VFP. Это является ограничением использования ВГД в качестве средства оценки вероятности VFP, которое может быть смягчено осуществлением последовательности дискретных измерений ВГД в течение длительного периода времени.
Другой метод оценки риска VFP называют анализатором глазного ответа (АГО). С помощью данного метода измеряют задержку перемещения ткани внутрь и наружу, вызываемую вязкоупругим сопротивлением роговицы, в качестве индикатора биомеханического состояния. В данном методе к глазу быстро применяют переменное давление посредством воздушных импульсов, и электрооптическая система принимает выборки данных корнеального гистерезиса, который представляет собой разность измеренных давлений, зарегистрированных в два момента уплощения. Этот метод также дает информацию о роговично-компенсированном ВГД, коэффициенте сопротивления роговицы и коррелированном по Гольдману ВГД. Однако этот метод в основном используют только в качестве средства для научных исследований.
В данной области техники известны устройства для измерения ВГД в течение периода времени. Эти устройства, как правило, содержат датчик давления для непрерывного измерения ВГД, который встроен, например, в контактную линзу, помещенную неинвазивным способом на глаз пользователя, или в подложку, которую имплантируют в глаз пользователя. Эти устройства также содержат приемный блок и систему телеметрии для получения данных ВГД из датчика через заданные интервалы в течение периода времени. Измеренные и записанные значения ВГД, например, усредняют и/или фильтруют, если требуется, а затем их интерпретируют врачи, чтобы обнаружить повышения внутриглазного давления как дополнительные факторы риска, которые могут привести к VFP, ведущему к постепенной потере зрения.
Описанные системы известного уровня техники, например, выполнены с возможностью измерения нескольких значений ВГД в течение нескольких секунд и осуществления этого цикла измерения раз в несколько минут на протяжении определенного периода времени, обычно до 24 часов, для получения циркадных или никтемеральных профилей ВГД.
Однако достаточное 24-часовое измерение является времязатратным, дорогостоящим и непрактичным для индивидуальных пользователей и для частого использования в клинической практике.
Поэтому задачей настоящего изобретения является создание системы и способа, которые направлены на решение этих проблем, и которые могут при 24-часовой записи профиля, относящегося к OBP, обеспечивать характерные признаки, определяющие вероятность наличия или превышения конкретной скорости VFP и/или риска VFP на момент осуществления мониторинга.
Еще одной задачей настоящего изобретения является создание системы и способа, включающих измерение OBP в режиме реального времени, включая, например, но не исключительно, профиль ВГД, мигание и/или быстрое движение глаз, с высоким разрешением.
Недавно стала возможной 24-часовая оценка OBP с использованием устройств, которые обеспечивают почти непрерывные измерения посредством инвазивных или минимально инвазивных методов. Одним из таких устройств является система датчика контактной линзы (Contact Lens Sensor, CLS), которая записывает структуры и профили изменений глазных размеров, относящихся к ВГД. Встроенный датчик фиксирует самопроизвольные периферические изменения роговично-склерального лимба, которые происходят из-за изменений глазного давления и объема. Средняя 24-часовая структура выходных сигналов CLS была соотнесена со средней 24-часовой тонометрической кривой.
Недавно мы обнаружили, что определенные OBP, выведенные из сигналов CLS, были связаны с пользователями, испытывающими VFP. Кроме того, эти характерные признаки, полученные во время однодневного сеанса, позволяли лучше прогнозировать VFP, чем измерения ВГД, выполняемые несколько раз в год. Поэтому еще одной задачей настоящего изобретения является создание систем и способов вычисления и анализа записанных данных для диагностирования глазных заболеваний, таких как, например, глаукома, и/или оценки вероятности VFP для улучшения прогноза на основе ВГД раньше, чем произойдет нарушение зрения.
Раскрытие сущности изобретения
Эти задачи и другие преимущества достигаются с помощью системы и способов согласно соответствующим независимым пунктам формулы изобретения.
Далее в настоящем документе используются следующие термины:
- Биомеханические свойства глаза (OBP), такие как внутриглазное давление (ВГД), внутриглазной объем (ВГО), жесткость роговицы, толщина роговицы, геометрические размеры и/или температура глаза и, в более общем смысле, любое свойство глаза, даже не биомеханическое, такое как удельная концентрация.
- Параметры биомеханических свойств глаза (OBP), выводимые из данных OBP, такие как амплитуда, минимум, максимум, стандартное отклонение, количество пиков, наклоны, аппроксимированная методом косинор-анализа кривая 24-часового профиля OBP, количество больших пиков, среднее отношение пика, амплитуда косинусоиды, наклон кривой при переходе от бодрствования ко сну, изменение относительно среднего значения и площадь под кривой или их комбинация.
- Постоянно носимый датчик: датчик, постоянно носимый на глазе или имплантированный в него.
- Прогрессирование потери поля зрения (VFP): скорость ухудшения поля зрения, наиболее часто выражаемая как наклон среднего дефекта с течением времени.
- Пользователь: термин «пользователь» в настоящем документе обозначает как пациента с глаукомой, так и здорового субъекта, который носит датчик.
Первым аспектом настоящего изобретения является способ определения вероятности наличия или превышения конкретного прогрессирования потери поля зрения (VFP) пользователя, включающий следующие этапы:
- этап установки, включающий размещение постоянно носимого датчика на глазу или его имплантацию в глаз пользователя;
- этап измерения, включающий измерение биомеханических свойств глаза (OBP) посредством постоянно носимого датчика, размещенного на глазу или имплантированного в него, причем измерение включает повторяющееся считывание данных через регулярные интервалы времени;
- этап записи, включающий запись биомеханических свойств глаза пользователя в виде по меньшей мере одного графика временного ряда OBP в средстве записи;
- этап обработки, на котором из по меньшей мере одного записанного графика временного ряда OBP извлекают по меньшей мере один из множества параметров OBP;
- этап вычисления, на котором по меньшей мере один из множества параметров OBP связывают с VFP;
- этап определения, на котором определяют, находится ли прогрессирование потери поля зрения на уровне конкретного порогового значения VFP или превышает его, и/или вероятность того, что указанное прогрессирование потери поля зрения содержится в пределах конкретного диапазона для определения вероятности наличия или превышения конкретного VFP,
- этап прогнозирования, на котором прогнозируют вероятность развития глаукомы у пациента на основе определенного VFP; и
- этап оценки для оценки релевантности конкретного способа лечения на основе вышеуказанного результата прогнозирования.
Преимуществом является то, что таким образом VFP можно оценивать с помощью одного сеанса измерения продолжительностью, например, 24 часа, в сочетании с дополнительными метаданным, а не собирать последовательность отдельных измерений, например, полей зрения, в течение нескольких месяцев или лет.
Обнаружение VFP полностью отличается от обнаружения ишемической оптической невропатии в том смысле, что оно представляет собой способ прогнозирования, который не может в режиме реального времени обнаруживать потерю зрения, но использует метод экстраполяции для прогнозирования возможной глаукомы, тогда как обнаружение ишемической оптической невропатии приводит к обнаружению внезапной острой потери зрения, но не обеспечивает решение для прогнозирования возможной будущей потери зрения.
Согласно предпочтительному варианту реализации настоящего изобретения во время этапа обработки выделяют 55 параметров OBP и затем объединяют посредством линейной комбинации с получением 4 итоговых параметров.
Преимуществом является то, что извлеченные параметры OBP являются по меньшей мере одним параметром, взятым из группы, содержащей амплитуду, минимум, максимум, стандартное отклонение, количество пиков, наклоны, аппроксимированную методом косинор-анализа кривую 24- часового профиля OBP, количество больших пиков, среднее отношение пика, амплитуду косинусоиды, наклон кривой при переходе от бодрствования ко сну, изменение относительно среднего и площадь под кривой или их комбинацию. Таким образом, необработанное измерение OBP может быть синтезировано в сокращенный набор параметров.
Согласно предпочтительному варианту реализации настоящего изобретения на этапе вычисления извлеченные параметры OBP объединяют с дополнительными метаданными пользователя.
Предпочтительно извлеченные параметры OBP и дополнительные метаданные пользователя объединяют посредством логистической модели. Это позволяет не только оценивать VFP, но и обеспечивает удобный способ объяснения смысла параметров OBP специалистам в области здравоохранения.
Преимуществом является то, что дополнительные метаданные пользователя берут из группы, содержащей последние данные по ВГД, возраст, количество лекарственных средств, принятых за последние 5 лет, последние данные по среднему дефекту поля зрения, чтобы иметь наилучшее возможное описание текущего состояния болезни пользователя.
Согласно предпочтительному варианту реализации настоящего изобретения постоянно носимый датчик представляет собой беспроводной датчик контактной линзы, такой как SENSIMED Triggerfish.
Преимуществом является то, что способ также включает этап загрузки данных OBP, включающий передачу данных OBP из средства записи на компьютер. Благодаря этому специалист в области здравоохранения может хранить и просматривать записанные данные OBP в своей обычной компьютерной среде.
Предпочтительно этап загрузки включает беспроводную передачу данных. Таким образом, количество проводов сокращается.
Предпочтительно способ также включает этап очистки перед этапом обработки, выполняемый для очистки данных OBP посредством удаления данных измерения плохого качества. Благодаря этому можно сократить или исключить ошибочные оценки VFP, обусловленные плохим качеством данных OBP.
Преимуществом является то, что способ также включает этап сообщения результата после этапа вычисления, выполняемый для отправки сигнала на приемник, причем упомянутый сигнал указывает на вероятность наличия или превышения конкретного VFP.
Согласно предпочтительному варианту реализации настоящего изобретения способ представляет собой реализуемый на компьютере способ. Этот вариант реализации, в частности, приспособлен для реализации сложных алгоритмов с интенсивной вычислительной нагрузкой на ЦП.
Второй аспект настоящего изобретения относится к системе для прогнозирования VFP у пользователя на основе данных OBP, измеренных беспроводным датчиком, посредством выполнения способа согласно первому аспекту настоящего изобретения, причем система содержит:
- постоянно носимый датчик, размещаемый на глазу или имплантируемый в него, который выполнен с возможностью измерения биомеханических свойств глаза с повторяющимся считыванием данных через регулярные интервалы времени;
- средство записи для записи биомеханических свойств глаза пользователя в виде по меньшей мере одного графика временного ряда OBP;
- блок обработки для извлечения по меньшей мере одного из множества параметров OBP из по меньшей мере одного записанного графика временного ряда OBP;
- блок вычисления для связывания по меньшей мере одного из множества параметров OBP с VFP;
- блок определения для определения того, находится ли прогрессирование потери поля зрения на уровне конкретного порогового значения VFP или превышает его, и/или вероятности того, что указанное прогрессирование потери поля зрения содержится в пределах конкретного диапазона; и
- блок прогнозирования для прогнозирования вероятности развития у пациента глаукомы на основе определенного VFP.
Конкретные преимущества данной системы настоящего изобретения аналогичны преимуществам способа согласно первому аспекту настоящего изобретения и не будут повторены здесь.
Благодаря настоящему изобретению прогнозирование VFP впервые не основывают на последовательности измеренных в прошлом данных поля зрения (т.е. нескольких измерения с интервалом 9/12 месяцев), а вычисляют из одного измерения поля зрения, объединенного с некоторыми метаданными и параметрами, извлеченными из связанного с устройством 24-часового сигнала, которые выражают OBP.
Поэтому вышеупомянутые данные обеспечивают специалиста в области здравоохранения средством вычисления вероятности наличия или превышения конкретного прогрессирования потери поля зрения (VFP).
Краткое описание чертежей
Другие конкретные преимущества и признаки настоящего изобретения будут более очевидны из последующего не имеющего ограничительного характера описания по меньшей мере одного варианта реализации настоящего изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
- на ФИГ. 1 схематически представлен предпочтительный вариант реализации способа настоящего изобретения;
- на ФИГ. 2 схематически представлен предпочтительный вариант реализации датчика OBP настоящего изобретения;
- на ФИГ. 3 схематически представлен предпочтительный вариант реализации системы настоящего изобретения;
- на ФИГ. 4 показан график временного ряда OBP, представляющего измеренные данные, используемые впоследствии в соответствии со способом настоящего изобретения.
Осуществление изобретения
Настоящее подробное описание предназначено для иллюстрации изобретения неограничивающим образом, поскольку любой признак изобретения может быть эффективным образом объединен с любым другим признаком другого варианта реализации.
В вариантах реализации настоящее изобретение относится к устройству, системе и способам измерения и/или мониторинга одного или более биомеханических свойств глаза (OBP) для того, чтобы, например, определять отклик глаза пользователя на различные события и/или ситуации, включающие, например, но не исключительно, стимуляцию мигания глаз, пульсацию ВГО и/или ВГД, быстрое движение глаз во время периода сна, использование лекарственных средств или медикаментозного лечения, физическую активности пользователя и т.д., с использованием постоянно носимой системы, выполненной с возможностью измерения по меньшей мере одного OBP, включающего, например, но не исключительно, внутриглазное давление, кривизну роговицы и/или микросмещение глаза, с частотой по меньшей мере в два раза выше частоты изменений по меньшей мере одного параметра, подлежащего измерению, например, по меньшей мере 10 Гц, в течение длительного периода времени. В вариантах реализации настоящее изобретение также описывает систему, содержащую компьютер с имеющимися в нем алгоритмами или компьютерной программой, которые выполнены с возможностью отображения, анализа и обработки измеренных данных и предоставления, например, существенной информации об офтальмическом состоянии глаза, при выполнении компьютерной программы на компьютере.
На ФИГ. 1 представлен первый аспект настоящего изобретения, который представляет собой способ прогнозирования прогрессирования потери поля зрения (VFP) пользователя и/или определения вероятности наличия или превышения конкретной скорости и/или риска прогрессирования потери поля зрения пользователя.
Способ по настоящему изобретению, который предпочтительно является реализуемым на компьютере способом, включает этап S100 установки, включающий размещение постоянно носимого датчика на глазу или его имплантацию в глаз пользователя, за которым следует этап S101 измерения, включающий измерение биомеханических свойств глаза (OBP) посредством постоянно носимого датчика, предпочтительно беспроводного датчика контактной линзы, размещенного на глазу или имплантированного в него, причем измерение включает повторяющееся считывание данных через регулярные интервалы времени. Предпочтительно, заданная частота измерения равна или больше двойной частоты изменений по меньшей мере одного OBP, подлежащего мониторингу. Таким образом, заданная частота, например, зависит от завершенности мониторинга. Заданная частота, например, зависит от известной или предполагаемой частоты события, включающего изменение по меньшей мере одного измеряемого OBP.
В предпочтительных вариантах реализации заданную частоту выбирают так, чтобы обеспечивать точное и подробное представление изменений по меньшей мере одного OBP. Поэтому заданная частота измерения находится, например, в диапазоне от 10 до 20 Гц, чтобы обеспечивать точное представление изменения по меньшей мере одного OBP в течение короткого периода времени, например, изменения пульсации ВГО и/или ВГД.
По меньшей мере одно OBP, например, измеренное с предварительно заданной частотой в течение длительного периода времени, например, секунд, минут или часов, в зависимости, например, от изменений по меньшей мере одного OBP, который нужно проанализировать, и/или от диагноза, который нужно поставить. В вариантах реализации по меньшей мере одно OBP измеряют с заданной частотой в течение ограниченных периодов времени, например, в течение нескольких секунд или нескольких минут, причем ограниченные периоды измерения повторяют, например, через регулярные интервалы времени или при стимуляции, например, при возникновении конкретного события.
Таким образом, способ по настоящему изобретению обеспечивает точный мониторинг изменений по меньшей мере одного OBP в течение длительных периодов времени, в том числе ночью, когда пользователь спит.
За этапом измерения следует этап S102 записи, включающий запись OBP пользователя в виде по меньшей мере одного графика временного ряда OBP в средстве записи.
Выполняют этап S103 обработки, на котором извлекают по меньшей мере один из множества параметров OBP из по меньшей мере одного записанного графика временного ряда OBP, затем выполняют этап S104 вычисления, на котором по меньшей мере один из множества параметров OBP связывают со скоростью и/или риском VFP, и выполняют этап S105 определения, на котором определяют, находится ли прогрессирование потери поля зрения на уровне конкретного порогового значения VFP или превышает его, и/или вероятность того, что указанное прогрессирование потери поля зрения содержится в пределах конкретного диапазона, который предпочтительно определяет, что прогрессирование потери поля зрения является быстрым, если скорость прогрессирования составляет -1,0 дБ/год или меньше, предпочтительно 0 дБ/год или меньше. За этим этапом следуют этап S106 прогнозирования, на котором на основе определенного VFP обеспечена возможность прогнозирования вероятности развития глаукомы у пациента, и этап S107 оценки для оценки релевантности конкретного способа лечения на основе вышеуказанного результата прогнозирования.
Согласно предпочтительному варианту реализации настоящего изобретения на этапе S103 обработки выделяют 55 параметров OBP, которые затем снова объединяют посредством линейной комбинации с получением 4 итоговых параметров. Эти извлеченные параметры OBP могут быть взяты из группы, содержащей амплитуду, минимум, максимум, стандартное отклонение, количество пиков, наклоны, аппроксимированную методом косинор-анализа кривую 24-часового профиля OBP, количество больших пиков, среднее отношение пика, амплитуду косинусоиды, наклон кривой при переходе от бодрствования ко сну, изменение относительно среднего и площадь под кривой или их комбинацию.
Чтобы ясно проиллюстрировать этап определения, рассмотрим три примера этапа определения:
- Согласно первому примеру на этапе определения определяют вероятность наличия у пациента VFP меньше/больше чем -1,0 дБ/год. В таком примере, если благодаря этапам обработки и вычисления на этапе определения определяют, что вероятность VFP менее -1,0 дБ/год составляет 65%, то согласно способу отображают, что у пользователя быстрое прогрессирование, т.е. VFP усугубляется.
- Согласно второму примеру на этапе определения не определяют, находится ли прогрессирование потери поля зрения на уровне конкретного порогового значения VFP или превышает его, а определяют VFP и дополнительно определяют вероятность того, что VFP находится в конкретном диапазоне (доверительный интервал или максимальное стандартное отклонение). В таком примере на этапе определения сначала определяют, благодаря этапам обработки и вычисления, что VFP составляет, например, -0,82 дБ/год, а затем определяют, что с вероятностью 95% оно находится в пределах доверительного интервала от -0,67 до -0,94 дБ/год.
- Согласно третьему примеру этап определения может объединять вышеуказанные два примера, и сначала на нем могут определять VFP и вероятность того, что VFP находится в пределах определенного диапазона (доверительный интервал или максимальное стандартное отклонение), и на основе этого затем определять, находится ли прогрессирование потери поля зрения на уровне конкретного порогового значения VFP или превышает его. В таком примере на этапе определения, благодаря этапам обработки и вычисления, сначала определяют, что VFP составляет, например, -0,82 дБ/год, а затем определяют, что с вероятностью 95% оно находится в пределах доверительного интервала от -0,67 до -0,94 дБ/год, и, наконец, на основе этого определяют, что с вероятностью 98% VFP превышает -1,0 дБ/год, так что у пользователя медленное прогрессирование.
В частности, чтобы вычислить взаимосвязь между данными OBP за 24 часа и скоростями изменения среднего отклонения поля зрения или VFP за этот период, пользователей подвергают 24-часовому мониторингу. Отдельные данные OBP сглаживают предпочтительно с использованием преобразования локально взвешенного сглаживания графика рассеяния. Определяют пик как точку локального максимума в сглаженной функции сигнала OBP. Количество пиков вычисляют следующим образом: каждую впадину считают началом пика. Повышение значения сигнала OBP от предшествующей впадины до локального максимума называют высотой. Время, прошедшее от впадины до локального максимума, также называют временем достижения пика. Используют следующие параметры:
- Количество больших пиков (пиков высотой 90 мВ экв. или более). Таким образом различают пики, которые могут быть очень маленькими и частыми, но имеющими мало значения для клинической интерпретации, и пики большей амплитуды, которые вряд ли являются результатом артефактов.
- Среднее отношение пика (отношение средней высоты пика к времени достижения пика). Данный параметр учитывает не только амплитуду пика, но и скорость его достижения. Высокое среднее отношение пика предполагает пики с более короткой задержкой, которая может быть более вредной при глаукоме.
- Наклон кривой при переходе от бодрствования ко сну (наклон сигнала OBP, моделируемого посредством линейной регрессии в промежутке между 1 часом до и 1 часом после времени засыпания субъекта). Высокий наклон кривой при переходе от бодрствования ко сну предполагает, что физиологическое повышение сигнала, которое происходит ночью, имело высокую величину и более короткую задержку, что тоже может быть вредным при глаукоме.
- Амплитуда косинусоиды. Этот параметр основан на косинусоидальной модели, аппроксимированной для данных OBP с помощью следующего уравнения:
где
y -
t,
наблюдаемый сигнал в момент времени а
b
, b
0
1
2
и b - коэффициенты регрессии, полученные на основе оценки данных.
Амплитуда - это разность между максимальным и минимальным значениями аппроксимированной косинусоиды, деленная на 2. Это общая оценка величины колебания сигнала во течение периода измерения.
- Изменение относительно среднего значения. Этот параметр вычисляют как изменение сигнала OBP относительно среднего значения всех необработанных измерений за соответствующий период:
где
n - количество измерений OBP в течение периода записи,
Oi
OBP - наблюдаемый сигнал OBP и
M
OBP - среднее значение сигнала OBP в течение периода записи.
Этот параметр отражает величину флуктуаций сигнала OBP в течение исследуемого периода.
y
- Площадь под кривой. Этот параметр вычисляют с использованием сглаженных данных OBP. Причем сглаженные данные стандартизованы таким образом, что значение в начале периода равно 0. Площадь вычисляют как сумму площадей между сглаженным профилем и опорной линией при = 0, где площадь ниже опорной линией считают отрицательной, и все делят на продолжительность периода (т.е. время). Этот параметр отражает величину сигналов OBP и время, в течение которого они остаются выше опорной линии.
Для каждого параметра мы получаем значения, представляющие период, когда пользователи спят или бодрствуют.
Затем согласно предпочтительному варианту реализации настоящего изобретения на этапе S104 вычисления извлеченные параметры OBP объединяют с дополнительными метаданными пользователя посредством логистической модели, где дополнительные метаданные пользователя берут из группы, содержащей последние данные ВГД, возраст, количество лекарственных препаратов, принятых за последние 5 лет, последний средний дефект поля зрения.
Этапы обработки и вычисления могут быть выполнены в средстве записи, если блок обработки встроен в него, или способ также включает этап S108 загрузки данных OBP, включающий передачу, предпочтительно беспроводную, данных OBP из средства записи на компьютер, который содержит блок обработки для выполнения указанных этапов. Кроме того, необходимо учитывать, что способ может также включать этап S109 очистки перед этапом S103 обработки, выполняемый для очистки данных OBP посредством удаления данных измерения плохого качества. Под данными плохого качества понимают несогласующиеся или явно ошибочные данные.
Наконец, способ также включает после этапа S107 оценки этап S110 сообщения результата, выполняемый для отправки сигнала на приемник, причем этот сигнал указывает на вероятность наличия или превышения конкретного VFP, т.е. конкретной скорости и/или риска VFP.
Второй аспект настоящего изобретения относится к системе для прогнозирования VFP у пользователя на основе изменений ВГО и/или ВГД, измеряемых беспроводным датчиком OBP, выполняющей способ согласно первому аспекту настоящего изобретения, причем система содержит постоянно носимый датчик, размещаемый на глазу или имплантированный в него, который выполнен с возможностью измерения биомеханических свойств глаза (OBP) в течение предпочтительно 24 часов с повторяющимся считыванием данных через регулярные интервалы времени; средство записи, выполненное с возможностью записи OBP пользователя в виде по меньшей мере одного графика временного ряда OBP; блок обработки для извлечения по меньшей мере одного из множества параметров OBP из по меньшей мере одного записанного графика временного ряда OBP; вычислительный блок для связывания по меньшей мере одного из множества параметров OBP со скоростью и/или риском VFP; блок определения для определения того, находится ли прогрессирование потери поля зрения на уровне конкретного порогового значения VFP или выше него, и/или вероятности того, что указанное прогрессирование потери поля зрения содержится в пределах конкретного диапазона, чтобы определить вероятность наличия или превышения конкретной скорости или и/или риска VFP; и блок прогнозирования для прогнозирования вероятности развития глаукомы у пациента на основе определенного VFP.
В частности, на ФИГ. 2 схематически показан пример устройства 1 для измерения по меньшей мере одного биомеханического свойства глаза (OBP) в течение периода времени согласно вариантам реализации настоящего изобретения. Устройство 1, например, содержит по меньшей мере один датчик 2, выполненный с возможностью измерения OBP, например изменений ВГО и/или ВГД. Датчик 2 прикреплен, предпочтительно закреплен неподвижно, на подложке 3. Подложка 3 выполнена с возможность размещения датчика 2 в непосредственном или опосредованном контакте с глазом пользователя, чтобы обеспечивать измерение датчиком 2 соответствующего параметра. В показанном варианте реализации подложка 3 является контактной линзой, например, мягкой контактной линзой, а датчик 2 предназначен, например, для встраивания в контактную линзу и размещение таким образом, чтобы находиться в непосредственном или опосредованном контакте с поверхностью глаза при ношении устройства 1 пользователем как обычной контактной линзы.
В других вариантах реализации устройство может быть устройством, выполненным с возможностью имплантации, которое может быть имплантировано в глаз для измерения по меньшей мере одного OBP, причем подложка поэтому выполнена с возможностью имплантации в глаз.
Датчик 2 может быть датчиком любого типа для измерения по меньшей мере одного OBP. В показанном примере датчик 2 представляет собой, например, датчик давления в виде МЭМС (микроэлектромеханическая система), например, пьезорезестивный или пьезоэлектрический датчик давления с диафрагмой и напорной камерой, который создает переменное сопротивление или наведенные электрические заряды для обнаружения деформации из-за давления, прилагаемого к мембране. Однако в рамках настоящего изобретения возможны датчики других типов, например, но не исключительно, датчики давления других типов. В вариантах реализации датчик представляет собой, например, датчик деформации, использующий по меньшей мере один активный тензодатчик и по меньшей мере один пассивный тензодатчик, встроенные в подложку в виде контактной линзы, предпочтительно мягкой контактной линзы, который достигает прецизионного и точного измерения изменений ВГО и/или ВГД.
В показанном варианте реализации устройство также содержит микроконтроллер 5 и средство 4 связи, например, антенну для обеспечения беспроводного обмена данными с устройством 1. Микроконтроллер 5, например, снабжает электропитанием датчик 2, считывает данные измерений с датчика 2, которые соответствуют значению по меньшей мере одного измеряемого параметра, необязательно по меньшей мере сохраняет данные измерения и/или отправляет данные измерения с помощью средства 4 связи, например, отправляет беспроводным способом данные измерения посредством антенны на внешнее устройство. В других вариантах реализации средство связи представляет собой проводное средство связи. Средство 4 связи и микроконтроллер 5 предпочтительно неподвижно закреплены на подложке 3, например, встроены в подложку 3.
На ФИГ. 3 схематически показан пример системы мониторинга по меньшей мере одного биомеханического свойства глаза (OBP) и/или обнаружения и/или диагностики глазных заболеваний согласно вариантам реализации настоящего изобретения.
Система, например, содержит измерительное устройство 1, как описано выше в связи с ФИГ. 2, например, в виде мягкой контактной линзы с датчиком OBP, переносное записывающее устройство 6 для обмена данными с измерительным устройством 1 и/или хранения собранной информации в течение периодов времени мониторинга и вычислительное устройство 7, например, компьютер, для хранения, анализа, вычисления и/или отображения данных, собранных и сохраненных переносным устройством 6 связи.
Переносное записывающее устройство 6 содержит первый интерфейс связи для обмена данными с устройством 1 измерения OBP. Первый интерфейс связи представляет собой, например, интерфейс беспроводной связи, содержащий антенну 63, которая эффективно помещена возле измерительного устройства 1 во время ношения устройства 1 измерения пользователем. Антенна 63, например, встроена в очки, не представленные на фигуре, и/или, например, в одноразовый гипоаллергенный пластырь, тоже не представленный на фигуре, один или оба из которых носит пользователь в течение периодов времени мониторинга. Однако в рамках настоящего изобретения возможны другие средства для размещения антенны 63 на подходящем расстоянии от измерительного устройства 1 при ношении последнего пользователем.
Переносное записывающее устройство 6 также содержит второй интерфейс связи для обмена данными с вычислительным устройством 7.
Согласно вариантам реализации настоящего изобретения при мониторинге по меньшей мере одного OBP пользователь носит измерительное устройство 1, например, за счет размещения подложки в виде контактной линзы на свой глаз точно так же, как и обычной контактной линзы, или наличия устройства в форме, пригодной для имплантации, ранее имплантированного в один из его глаз, и имеет при себе переносное записывающее устройство 6, например в кармане или подвешенным на шею. Антенну 63 помещают как можно ближе к глазу пользователя, носящему измерительное устройство 1, чтобы обеспечивать установление первого канала 150 связи, например, канала беспроводной связи, между измерительным устройством 1 и записывающим устройством 6. В случае беспроводной связи антенна 63 предпочтительно ориентирована в плоскости, насколько возможно параллельной плоскости антенны измерительного устройства 1, чтобы обеспечивать эффективное питание микроконтроллера и/или датчика OBP по каналу 150 связи, который, например, представляет собой индуктивный канал связи ближнего радиуса действия. Антенна 63, например, встроена в очки и/или в наклейку, окружающую глаз, например, в одноразовый гибкий и гипоаллергенный пластырь, и/или в кепку, шляпу или иной предмет одежды или аксессуар, носимый пользователем. Предпочтительно антенна 63 центрирована с антенной измерительного устройства 1 при ношении измерительного устройства 1 и переносного записывающего устройства 6 пользователем. Диаметр антенны 63 переносного записывающего устройства 6 предпочтительно больше диаметра измерительного устройства 1. Антенна 63 переносного записывающего устройства 6 имеет, например, круглую, овальную, прямоугольную, многоугольную или любую другую подходящую форму. Форма антенны 63 переносного записывающего устройства 6 предпочтительно приспособлена к форме устройства, например, очков, наклейки, предмета одежды и т.д., к которому она прикреплена.
Согласно вариантам реализации во время мониторинга по меньшей мере одного OBP переносное записывающее устройство 6 обеспечивает электропитанием измерительное устройство 1 через первый канал 150 связи, например, через регулярные промежутки времени, и собирает данные, отправляемые микроконтроллером, например, посредством антенны измерительного устройства 1.
Собранные данные содержат, например, электрические сигналы с датчика и/или значение по меньшей мере одного подвергаемого мониторингу OBP, вычисленное микроконтроллером измерительного устройства 1 на основе, например, электрических сигналов датчика. В вариантах реализации собранные данные сохраняют во внутренней памяти переносного записывающего устройства 6.
Измеряют по меньшей мере одно OBP, например, с заданной частотой.
В некоторые моменты времени, например, раз в день, раз в неделю или раз в месяц, пользователь и/или практикующий врач соединяет переносное записывающее устройство 6 с вычислительным устройством 7, например, с компьютером, посредством второго канала 160 связи, например, канала беспроводной связи, такого как Bluetooth, Wi-Fi или любой другой подходящий канал беспроводной связи. Однако второй канал 160 связи может быть также любым подходящим каналом проводной связи. После того, как переносное записывающее устройство 6 соединено с вычислительным устройством 7, данные, собранные и сохраненные во внутренней памяти переносного записывающего устройства 6, передают по второму каналу 160 связи в вычислительное устройство 7 для дальнейшего анализа, например, мониторинга биомеханических свойств глаза (OBP) и/или определения, и/или диагностики, и/или исследования глазных заболеваний.
В вариантах реализации по меньшей мере часть анализа данных и/или принятия соответствующих решений выполняют автоматически с помощью одной или более компьютерных программ, выполняющихся на вычислительном устройстве 7 или на внешнем сервере, на который вычислительное устройство отправляет по меньшей мере часть загруженных данных, или посредством облачного вычисления. Обнаружение, диагностирование, управление, определение и/или адаптацию выполняют, в частности, по меньшей мере частично путем автоматического анализа вариаций по меньшей мере одного OBP, измеренного в течение периода мониторинга. В вариантах реализации измеренные вариации с течением времени, например, сравнивают с типичными схемами вариации, соответствующими, например, схемам здорового или стандартного глаза. Например, автоматически обнаруживают и/или анализируют любую значимую разницу между измеренной схемой и образцовой схемой, чтобы, возможно, диагностировать глазное заболевание или его прогрессирование. Измеренные значения подвергаемого мониторингу по меньшей мере одного OBP и/или типичные значения этого по меньшей мере одного OBP для здорового или стандартного глаза, например, отображают в виде одной или более кривых на двухмерном графике, причем значение по меньшей мере одного OBP представляют на вертикальной оси, а время - на горизонтальной оси.
В целях настоящего изобретения авторы изобретения собрали данные из 50 центров в 13 странах, в которых выполняли запись OBP посредством датчика контактной линзы (CLS) в рамках различных проспективных исследований или регистровых исследований, одобренных компетентным органом в каждом центре.
Пользователь должен подвергаться 24-часовому сеансу записи посредством беспроводного CLS, который одобрен для клинического использования, в том числе в Европе и США. Устройство основано на инновационном подходе, в котором предполагают, что изменения размеров глаза, измеряемые в области роговично-склерального соединения, соответствуют изменениям ВГО и ВГД. Микропроцессор, встроенный в контактную линзу, отправляет выходной сигнал, пропорциональный сигналу тензодатчика, встроенного в контактную линзу. Беспроводную передачу электропитания и данных достигают с использованием наклеиваемой вокруг глазницы антенны, соединенной проводом с переносным средством записи. Устройство может записывать изменения ВГО в течение до 24 часов и оставаться активным во время сна. За 30-секундный период измерения получают три сотни элементов данных, повторяя этот процесс каждые 5 минут. Технология описана более подробно ниже.
Существует большое количество параметров OBP (N=55), которые могут быть выведены из выходного сигнала, изображенного на ФИГ. 4. Эти параметры объединяют в 4 итоговых параметра OBP, получаемые с помощью линейной комбинации первоначальных 55 параметров.
Вычисляют наклоны среднего отклонения (MD) (в дБ/год) методом наилучшего линейного объективного прогноза (best linear unbiased prediction, BLUP) в соответствии с линейными моделями со смешанными эффектами, проверяющими взаимосвязь между MD и временем. При анализе элементов данных длительного наблюдения, таких как повторяющиеся измерения результатов проверки поля зрения, модели со смешанными эффектами более подходящие, чем обычные модели наименьших квадратов, поскольку они учитывают коррелированный характер остаточных явлений. После этого посредством бинарных логистических моделей используют взаимосвязь между каждым итоговым параметров и вероятностью наличия быстрого прогрессирования. Для определения тех, у кого быстрое прогрессирование, устанавливают значение отсечки -1,0 дБ/год. 4 итоговых параметра OBP проверяют в многопараметрических моделях, включающих следующие факторы, искажающие результаты: возраст во время записи с помощью CLS, значение MD поля зрения, наиболее близкое к дате записи, количество лекарственных препаратов, снижающих ВГД, и хирургическое вмешательство (лазерное или инцизионное) в течение периода проверки поля зрения. Статистический анализ выполняют с использованием имеющегося в продаже программного обеспечения (STATA, версии 14; StataCorp LP, г. Колледж-Стейшен, штат Техас). Статистическую значимость определяют при P<0,05.
Гипотеза изобретения заключалась в том, что комбинация признаков, полученных из параметров OBP, связана со скоростями прогрессирования потери поля зрения у лечащихся пользователей с глаукомой. Было обнаружено, что комбинация параметров OBP, полученных в течение одного 24-часового сеанса записи, обеспечивает значительную возможность установления различия между пользователями, подвергающимися быстрому или медленному прогрессированию потери поля зрения, и что такая возможность сравнима с прогностическим значением нынешнего золотого стандарта, т.е. среднего ВГД, измеренного с помощью аппланационного тонометра Гольдмана (GAT) за весь период последующего наблюдения.
Из числа 4 итоговых параметров OBP два были существенно связаны с быстрым прогрессированием потери поля зрения даже с учетом потенциальных факторов, искажающих результаты, таких как возраст, лечение и тяжесть заболевания. Параметрами OBP с наивысшей нагрузкой оказались параметры, которые относятся к ночным пикам и всплескам, в случае первого из этих двух параметров, и параметры, которые относятся к длительным пикам, наклону кривой перехода от бодрствования ко сну и вариации амплитуды глазного импульса в случае второго из этих двух параметров. Эти результаты предполагают, что параметры OBP, коррелированные с пиками OBP во время сна, а также с вариацией OBP, связанной с систолическим и диастолическим кровяным давлением, могут играть роль в патогенезе прогрессирования глаукомы.
Учитывая прогрессирующий и необратимый характер глаукоматозного повреждения, важную роль в принятии клинического решения играет оценка риска. У пользователей, испытывающих быстрое прогрессирование потери поля зрения, прогрессирование, по всей вероятности, продолжится более высокими темпами, если не вносить изменений в лечение. Одним из путей оценки результатов для поля зрения в будущем является использование уже существующих данных поля зрения, поскольку первоначальные скорости изменения обеспечивают значительные возможности прогнозирования будущих наклонов в предположении линейных трендов. Действительно, на основании предыдущих скоростей прогрессирования потери поля зрения можно прогнозировать будущие результаты потери поля зрения у пользователей с глаукомой в последующие в среднем 8 лет. За счет использования изменения в первой половине последующего наблюдения для прогнозирования полной последовательности из 10 или более проверок поля зрения у 70% пользователей можно прогнозировать итоговый индекс поля зрения (индекс поля зрения, VFI) в пределах ±10% от оценочного итогового VFI. Кроме того, наклоны VFI в первой половине и всей последовательности имеют коэффициент корреляции 0,84. С точки зрения настоящего изобретения это означает, что пользователи, считающиеся быстро прогрессирующими до записей OBP, по всей вероятности, подвержены быстрому прогрессированию в будущем. Тем не менее, в клинической практике не всегда имеются уже существующие скорости изменения поля зрения для оценки будущих результатов. Исходя из вышеизложенного, наше изобретение показывает, что 24-часовые записи OBP значительно коррелированы с предшествующими скоростями прогрессирования и, следовательно, могут быть полезны для оценки риска будущих функциональных потерь, даже в ситуациях отсутствия достаточной информации о поле зрения за прошлые периоды времени.
Кроме того, ВГД является единственным проверенным поддающимся изменению фактором риска для предотвращения или замедления прогрессирования глаукоматозной потери поля зрения. Поскольку структуры OBP строго коррелируют со структурами ВГД, мониторинг изменения ВГД с помощью 24-часовой системы обеспечивает более полную оценку пиков и флуктуаций ВГД, которые могут быть вредны при глаукоме, и которые часто не распознают при использовании одиночных измерений, проводимых в рабочее время. Действительно, настоящее изобретение показывает, что один 24-часовой сеанс считывания циркадных ритмов, относящихся к ВГД, обеспечивает информацию о скоростях прогрессирования потери поля зрения, аналогичную той, что содержится в нескольких измерениях ВГД с использованием GAT за годы последующего наблюдения. Выполнение нескольких 24-часовых записей OBP должно показывать, что получаемая информация превосходит информацию в нескольких тонометрических измерениях при длительном наблюдении.
Наконец, видна связь между 24-часовыми записями OBP и скоростями прогрессирования потери поля зрения. Примечательно, что одна 24-часовая запись с помощью устройства, которое измеряет волюметрические изменения, связанные с ВГД, позволяет различать глаза, испытывающие быстрое и медленное прогрессирование. Действительно, эта связь более сильная, чем наблюдаемая при использовании стандартного мониторинга ВГД, т.е. среднего ВГД, измеряемого с помощью GAT во время последующего наблюдения.
И наконец, в большой группе лечащихся пользователей с глаукомой один 24-часовой мониторинг относящихся к ВГД структур обеспечивает характерные признаки, которые значительно соотнесены со скоростями прогрессирования потери поля зрения. При различении пользователей, испытывающих быстрое и медленное прогрессирование, эти характерные признаки более эффективны, чем среднее ВГД во время последующего наблюдения. Поэтому будущие исследования для проверки возможностей прогнозирования такого устройства оправданы.
В вариантах реализации способ и систему по настоящему изобретению используют для мониторинга долговременного развития по меньшей мере одного OBP, например, для оценки эффективности способа лечения и/или для оценки среднесрочных и долгосрочных воздействий лекарственного средства на по меньшей мере одно OBP. Соответственно, по меньшей мере одно OBP измеряют непрерывно или с интервалами во время и/или после периода оказания медицинской помощи и/или применения лекарственного средства. Значения по меньшей мере одного OBP, измеренного во время последнего периода измерения, сравнивают, например, по меньшей мере частично автоматически сравнивают, с ранее измеренными значениями OBP, что позволяет определять, например, по меньшей мере частично автоматически определять, отрицательное или нейтральное развитие измеренного OBP с течением времени, например, в течение нескольких дней, недель, месяцев или лет.
В применениях настоящего изобретения, например, для диагноза и/или лечения пользователя, имеющего заболевания глаз и/или головного мозга, и/или в применениях для измерения воздействий вещества и/или события на измеряемое OBP, несколько вышеописанных способов могут быть объединены для получения, например, но не исключительно, более надежного диагноза, более хорошего последующего наблюдения после оказания медицинской помощи и/или более точных знаний о воздействиях внешних элементов на по меньшей мере одно OBP.
Вышеприведенные варианты реализации системы и способов настоящего изобретения являются иллюстративными и никоим образом не ограничивающими примерами настоящего изобретения. В частности, предполагается, что настоящее изобретение охватывает все варианты конструкций, в которых измерительное устройство, система мониторинга и способы измерений используют для измерения отклика глаза на стимуляцию мигания глаза, пульсацию внутриглазного давления и быстрое движение глаза и т.д. В вариантах реализации система по настоящему изобретению выполнена с возможностью непрерывного и точного мониторинга одного или более OBP, например, ВГО и/или ВГД и их изменений, кривизны роговицы и/или микросмещения глаза с частотой по меньшей мере 10 Гц в течение длительного периода времени, например в течение нескольких часов. Согласно настоящему изобретению система мониторинга содержит средство вычисления, например, компьютер, имеющий алгоритмы, которые могут отображать, анализировать и обрабатывать данные, измеряемые во время периодов мониторинга, и обеспечивать существенную информацию об офтальмическом состоянии глаза и/или диагноз заболеваний глаз и/или головного мозга. Поэтому принципы и признаки настоящего изобретения могут быть использованы в различных и многочисленных вариантах реализации в пределах объема настоящего изобретения. В частности, в рамка настоящего изобретения возможна любая комбинация вышеописанных вариантов реализации способа.