СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОЛЯ ЗРЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ
METHOD OF INVESTIGATION OF FIELD OF VISION AND DEVICE FOR IMPLEMENTATION THEREOF

Изобретение относится к медицине, в частности к офтальмологии, а именно к периметрии для субъективного обнаружения наличия тестового стимула и может быть использовано для ранней диагностики первичной глаукомы и других заболеваний, ограничивающих поле зрения глаза человека.
Для исследования поля зрения используется периметрия - способ, при котором исследуется светочувствительность различных участков сетчатки глаза путем проецирования на них предъявляемых зрительных стимулов и регистрации реакции пациента на предъявленный стимул.
Традиционное исследование проводится следующим образом:
- взгляд обследуемого глаза фиксируется на точке фиксации и должен быть неподвижным во время проведения всего исследования;
- зрительные стимулы предъявляются поочередно на различных угловых координатах относительно зрительной линии;
- пациент реагирует на предъявление стимулов, например, нажатием кнопки «вижу», жестом или голосом;
- реакция пациента регистрируется и затем интерпретируется.
При исследовании поля зрения указанным способом важным фактором является контроль фиксации взгляда на точке фиксации. От точности контроля положения зрачка зависит точность определения координат проекции стимула на сетчатку глаза и, соответственно, точность и достоверность результатов исследования.
В известных периметрах (АР-1000 фирмы Tomey, Centerfield 2 фирмы Oculus, Galaxy фирмы MS Westfalia GmbH и другие) используются два основных метода контроля фиксации взгляда на точке фиксации: метод Heijl-Krakau (периодическое предъявление зрительных стимулов в зону слепого пятна) и с помощью видеокамеры.
Основным недостатком метода Heijl-Krakau является его низкая точность, которая объясняется большими размерами слепого пятна (в норме, примерно, 6 на 8°), что при проецировании на него стимула размером 0,43° (III по Гольдману) дает погрешность определения координат, недопустимую по требованиям ИСО 12866.99.
Более точен способ контроля с помощью видеокамеры. Но и он имеет недостаток. В связи с тем, что зрительная линия (зрительная ось, ось фиксации) [http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_medicine/12199/%D0%97%D1%80%D0%B8%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D0%B0%D1%8F] не совпадает с оптической осью глаза [http://medbe.ru/materials/obshchee-v-oftalmologii/ponvatie-o-klinicheskov-refraktsii] и у разных людей это отклонение имеет разные значения, невозможно контролировать положение зрачка по его геометрическим параметрам, даже расположив камеру на оптической оси периметра.
Техническая проблема заключается в том, что контроль (измерение) положения зрачка может вестись только относительно какого-то исходного положения глаза, а исходные (нулевые) координаты фиксируются в момент, когда оператор считает, что взгляд зафиксирован на точке фиксации, т.е. присутствует субъективная составляющая. С учетом того, что глаз находится в постоянном непроизвольном движении (дрейф, саккады и пр.), установить такой момент очень сложно, т.к. сегодня не существует объективного метода, позволяющего точно определить, смотрит ли глаз в данный момент на точку фиксации или нет.
Проблема усугубляется в способах исследования поля зрения с использованием точки фиксации, предъявляемой на различных координатах относительно оптической оси периметра. Например, при «водительском» тесте, со смещенными точками фиксации. В этом случае необходимо или определять момент совпадения зрительной линии с каждой новой точкой фиксации и фиксировать это положение глаза как базовое, или измерять и контролировать угол поворота глаза относительно положения, зафиксированного как базовое, с фиксацией взгляда на точке фиксации, находящейся, например, на оптической оси периметра. Но видеокамеры и другие датчики движения не обеспечат необходимую точность определения угла поворота глаза из-за большого перечня физиологических особенностей глаза [http://zreni.ru/2061-dvizheniva-glaz-9474-chast-1.html].
В качестве ближайших аналогов к заявляемым решениям выбраны традиционный способ проведения периметрии [http://www.medicalj.ru/diacrisis/oftalmologiva/878-perimetriva, http://www.setchtka-glaza.ru/perimetriya-issledovanie-i-opredelenie-poleyzreniya/], когда взгляд пациента в течение всего исследования фиксируется на точке фиксации, зрительные стимулы предъявляются поочередно на различных угловых координатах относительно зрительной линии, пациент реагирует на предъявление стимулов, реакция пациента регистрируется и интерпретируется, и компьютерный периметр Centerfield-2 [http://www.dealmed.ru/centerfield-2.html], состоящий из полусферического экрана со световыми источниками для предъявления световых стимулов и блока управления и регистрации.
Недостатками указанного способа и периметра Centerfield-2 являются недостаточные качество и достоверность информации, получаемой при исследовании поля зрения пациента, что в конечном итоге снижает качество ранней диагностики различных заболеваний глаза, включая раннюю глаукому. Это объясняется тем, что в указанных способе и устройстве достоверность результатов исследования в значительной степени зависит от точности контроля фиксации взгляда на точке фиксации, высокая степень которой невозможна по указанным выше причинам.
Результат, на достижение которого направлены заявляемые решения, заключается в повышении достоверности результатов исследования за счет устранения зависимости результатов исследования от движений глаза и от точности контроля фиксации взгляда на точках фиксации.
Указанный результат достигается тем, что заявляемый способ исследования поля зрения осуществляется путем предъявления световых стимулов (с регистрацией и последующей интерпретацией реакции обследуемого пациента на предъявление стимулов) с помощью световых источников полусферического экрана, установленного на роговице, при этом нулевая точка отсчета угловых координат нецентральности (эксцентриситета) предъявляемых стимулов определяется методом последовательного приближения местоположения предъявляемого фиксационного (нулевого) стимула к зрительной оси, нулевой полумеридиан обследуемого поля зрения для отсчета меридианального угла (азимута) предъявляемых стимулов определяется от нулевой точки отсчета относительно физического горизонта или относительно линии, проходящей через центры зрачков обоих глаз обследуемого пациента, а заявляемое устройство содержит полусферический экран со световыми источниками для предъявления световых стимулов, блок управления и регистрации, датчик движения/положения для контроля движения и положения экрана, передатчики и приемники для беспроводной связи блока управления и регистрации с полусферическим экраном, а полусферический экран выполнен для установки на роговицу глаза и непрозрачным.
Световые источники могут быть реализованы с помощью микро-светодиодов с микролинзами или с помощью микролазеров [http://tech-life.org/technologies/485-contact-lens].
Датчик движения/положения экрана может быть внешним, например, оптическим (как вариант - видеокамера), или интегрированным в экран (электронный акселерометр, гироскоп, магнитометр).
Существуют и развиваются технологии, позволяющие изготовить заявляемое устройство в ближайшей перспективе. В первую очередь, это работы Babak Parviz [http://tech-life.org/technologies/485-contact-lens]. Также, разработаны светодиоды размером с молекулу [http://www.sciencedebate2008.com/the-world-smallest-leds/, https://www.popmech.ru/science/15436-samyy-malenkiy-v-mire-svetodiod/] и сверхтонкие микросхемы [https://hi-tech.mail.ru/news/molekula-chip/]; существуют технологии TOLED и FOLED [http://ledjournal.info/byt/oled.html], позволяющие изготовить экраны любой формы; созданы контактные линзы со встроенными микросхемами [http://batona.net/70608-faktv-o-kontaktnyh-linzah.html], что подтверждает возможность изготовления сложных оптоэлектронных устройств в небольших габаритах; давно известны и развиваются различные технологии беспроводного питания электронных устройств и многочисленные беспроводные способы управления и передачи информации; решен вопрос фокусировки глаза на изображении, которое формируется практически на его (глаза) поверхности [http://tech-life.org/technologies/485-contact-lens, http://www.linzshop.ru/news/kontaktnye-linzy-buduwego-smogut-proecirovat-izobrazhenie-na-setchatku-glaza.html, http://www.bbc.com/russian/science/2011/11/111122_biolenses_email].
В то же время практическая реализация заявляемого устройства намного проще задачи создания «умных» контактных линз (контактных линз с дополненной реальностью, бионических контактных линз, и др.). Во-первых, полусферический экран со световыми источниками для предъявления световых стимулов заявляемого устройства должен быть непрозрачным, и это позволяет использовать всю его площадь (а при недостатке места сделать его многослойным) и разместить на нем все необходимые компоненты: источники световых стимулов, фоновую подсветку, схему управления, различные датчики, приемник, передатчик, антенну и пр. Во-вторых, в отличие от контактных линз, которые необходимо носить длительное время, полусферический экран со световыми источниками для предъявления световых стимулов заявляемого устройства устанавливается на роговицу только для проведения исследования, на 5…20 минут, т.е. требования биологической безопасности к материалам, контактирующим с глазом, будут менее жесткими. Менее жесткими будут и требования к температурным режимам входящих в экран элементов. В-третьих, передатчики и
приемники, связанные с блоком управления и регистрации, можно устанавливать в непосредственной близости от приемников и передатчиков полусферического экрана (вблизи от обследуемого глаза), например, на очковой оправе, и это позволит минимизировать мощность используемых передатчиков, что особенно актуально для технологий беспроводного электропитания.
Варианты реализации заявляемого устройства показаны на фиг. 1.
Вариант 1 (фиг. 1а) включает следующие элементы: блок управления и регистрации 1; полусферический экран 2 со световыми источниками для предъявления световых стимулов и интегрированными в него (в экран) схемой управления 3 световыми источниками, датчиком движения/положения 4, контролирующим движение экрана относительно головы пациента и положение экрана относительно физического горизонта, приемником 5 для беспроводного приема управляющих команд от блока управления и регистрации 1, передатчиком 6 для беспроводной передачи данных от датчика движения/положения 4, приемником и антенной беспроводного питания 7; приемник 8 для беспроводного приема данных от передатчика 6; передатчик 9 для беспроводной передачи управляющих команд от блока управления и регистрации 1 приемнику 5; передатчик и антенна беспроводного питания 10.
Вариант 2 (фиг. 1б) включает следующие элементы: блок управления и регистрации 1; полусферический экран 2 со световыми источниками для предъявления световых стимулов с интегрированными в него схемой управления световыми источниками 3, приемником 5 для беспроводного приема управляющих команд от блока управления и регистрации 1, приемником и антенной беспроводного питания 7; передатчик 9 для беспроводной передачи управляющих команд от блока управления и регистрации 1 приемнику управляющих команд 5; передатчик и антенна беспроводного питания 10; датчик движения/положения 12, выполненный с возможностью оптического (визуального) контроля движения экрана относительно головы и положения экрана относительно физического горизонта или относительно линии, проходящей через центры зрачков обоих глаз пациента, по движению и положению визуальных меток на внешней поверхности полусферического экрана 2 (фиг. З): центральной 11, по перемещению которой определяется нулевая точка отсчета, и радиальной 13, по положению которой определяется нулевой полумеридиан.
Исследование поля зрения с помощью заявляемого способа и заявляемого устройства может осуществляться следующим образом:
- полусферический экран 2 (фиг. 2), близкий по размерам и форме к размерам и форме контактных линз, устанавливается на роговицу глаза таким образом, чтобы центр экрана примерно совпадал с центром зрачка, а визуальная радиальная метка 13 (в случае реализации устройства по варианту 2) примерно совпадала с нулевым полумеридианом обследуемого поля зрения;
- предъявляется световой стимул 14 (фиг. 2а), расположенный на оси экрана;
- пациент проинструктирован, что должен зафиксировать взгляд на предъявленном стимуле;
- если предъявленный стимул 14 расположен не на зрительной оси 15, то попытка сфокусировать на нем взгляд (спроецировать стимул на центральную ямку сетчатки глаза) приведет к движению (вращению) глазного яблока и, соответственно, к движению установленного на роговице экрана 2 (для пациента - к движению предъявленного на экране стимула: световой стимул будет «убегать» от взгляда);
- датчик движения/положения 4 или 12 обнаружит движение экрана 2, и информация об этом поступит в блок управления и регистрации 1 от датчика движения/положения 4 через передатчик 6 и приемник 8, или напрямую - от датчика движения/положения 12;
- после чего, посредством блока управления и регистрации 1 и схемы управления световыми источниками 3, связанных через передатчик 9 и приемник 5, очередной предъявляемый стимул будет перемещен в направлении, противоположном движению экрана (глаза); датчик движения/положения обнаружит очередное смещение, а блок управления и регистрации откорректирует местоположение предъявления следующего стимула. Методом последовательного приближения коррекция местоположения предъявляемого фиксационного (нулевого) стимула к зрительной оси будет продолжаться до прекращения движения экрана, установленного на роговице;
- в момент завершения коррекции движение экрана (глаза) прекратится (очередной стимул перестанет «убегать» при попытке сфокусировать на нем взгляд), что соответствует нахождению предъявляемого светового стимула на зрительной оси 15 (фиг. 2б), а его местоположение можно считать нулевой точкой отсчета угловых координат нецентральности (эксцентриситета) других предъявляемых стимулов в соответствии с программой исследования;
- нулевой полумеридиан обследуемого поля зрения для отсчета меридианального угла (азимута) определяется от нулевой точки отсчета автоматически, например, любым из ниже перечисленных способов:
1) с помощью датчика движения/положения 4, интегрированного в экран 2, посредством измерения угла наклона 16 горизонта 17 датчика движения/положения 4 относительно физического горизонта 19 и учета этого угла наклона при определении нулевого полумеридиана исследуемого поля зрения (фиг. 3);
2) с помощью датчика движения/положения 12, горизонт которого привязан к физическому горизонту 19 (фиг. 4), или (в случае обследования лежащего пациента) - к линии 20, параллельной линии 21, проходящей через середины зрачков обоих глаз (фиг. 5), по визуальной радиальной метке 13 (фиг. 4), расположенной на внешней стороне экрана; при этом датчик движения/положения 12 измеряет угол наклона 16 визуальной радиальной метки 13 относительно своего горизонта и учитывает этот угол при определении нулевого полумеридиана исследуемого поля зрения;
- установленные нулевая точка отсчета и нулевой полумеридиан исследуемого поля зрения запоминаются блоком управления и регистрации в качестве таковых для определения координат предъявления стимулов по программе исследования;
- далее исследование проводится по общепринятой для периметрии методике: по команде от блока управления и регистрации 1 через передатчик 9, приемник 5 и схему управления 3 световые источники на экране 2 предъявляют световые стимулы с параметрами (координаты, яркость, цвет, размеры), заданными программой исследования. При обнаружении (идентификации) предъявленного стимула пациент реагирует на его предъявление, и реакция пациента фиксируется блоком регистрации и управления 1, например: в результате самостоятельного действия пациента посредством любого манипулятора (кнопка, сенсор, клавиатура, трекбол, компьютерная «мышка», и т.д.) блока регистрации и управления 1, или в результате действий врача-оператора посредством любого манипулятора (кнопка, сенсор, клавиатура, трекбол, компьютерная «мышка», и т.д.) блока регистрации и управления 1 по жесту или по голосовой реакции пациента на предъявленный стимул. Полученные результаты предъявления всех стимулов по программе исследования записываются (регистрируются, запоминаются) блоком регистрации и управления 1 и затем интерпретируются.
При проведении периметрии заявляемым способом и с помощью заявляемого устройства не будет необходимости постоянно, в течение всей процедуры фиксировать взгляд на фиксационном объекте и не нужно будет контролировать точность этой фиксации; датчик движения/положения 4 или 12, передатчик 6 и приемник 8 будут использоваться только для определения нулевой точки отсчета и нулевого полумеридиана, после чего в процессе исследования поля зрения, обследуемый глаз и голова пациента могут двигаться, пациент может находиться в любом комфортном для него положении и даже моргать. Для полного исключения влияния внешних зрительных раздражителей исследование может проводиться с закрытыми глазами и/или с повязкой на глазах.
Таким образом, заявляемое решение позволяет:
- исключить погрешность результатов исследования поля зрения, связанную с непрерывным движением глаза и с невозможностью определения точного местоположения (относительно зрительной линии) предъявляемого стимула на момент его предъявления;
- уменьшить утомляемость пациента при проведении периметрии за счет исключения необходимости находиться в неподвижной (и часто -неудобной) позе и необходимости постоянно фиксировать взгляд на точке фиксации;
- проводить исследование вне специально оборудованных помещений;
- проводить исследование лежачих пациентов.
Перечисленное выше дает возможность проводить периметрию на качественно новом уровне и повышает точность и достоверность результатов исследования поля зрения.