СПОСОБ ТОНОМЕТРИИ ГЛАЗА
EYE TONOMETRY METHOD

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.
1
2
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 U, опорная U 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).
i
1
2
1
2
1
2
0
0
1
2
2) Режим "калибровка" предназначен для ввода нормируемого эквивалента, которым служит калибровочная амплитудно-временная характеристика U (фиг. 1) с программно управляемыми предельными параметрами. Для этого последовательно измеряют две амплитуды исследуемого U и опорного U сигналов в два момента времени t и t (фиг. 1), по которым рассчитывают предельные параметры исследуемой U и опорной U (фиг. 2) характеристик: предельную амплитуду U и постоянную Т времени. По ним аппроксимируют исследуемую U и опорную U характеристики, из разницы которых находят действительную ΔU характеристику, по которой судят об офтальмотонусе.
0
0
0
Далее определяют предельные параметры калибровочной амплитудно-временной характеристики (АВХ). Математическая модель АВХ выбрана в экспоненциальной форме F(Ф)=U(t,U,T):
0
0
где U и Т - предельные параметры АВХ: предельное напряжение и постоянная времени.
Определяют параметры АВХ, решая систему из двух уравнений:
1
1
2
2
где U - амплитуда сигнала в момент времени t, U - амплитуда сигнала в момент времени t.
0
Параметр U рассчитывают из инверсной (2) системы уравнений модели
2
1
Поделим второе уравнение системы (3) на первое, и с учетом соотношения моментов времени t=n·t, из логарифмического уравнения
после экспоненцирования, запишем степенное уравнение
2
1
где n=t/t.
Разложим левую часть равенства по формуле бинома Ньютона:
отсюда приведем к квадратному уравнению
0
После сокращения единиц и понижения степени на U находим предельное напряжение
Из первого уравнения системы (3) определяем алгоритм оптимизации постоянной времени
i
По найденным предельным параметрам восстанавливают исследуемую характеристику U 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).
0
0
Определяем калибровочную характеристику ΔU здорового человека. Судить об офтальмотонусе любого пациента можно, сравнивая полученную ΔU для него характеристику с нормированной ΔU характеристикой.
i
0
i
0
i
0
По алгоритму возможны три случая: 1) если ΔU=ΔU, то пациент здоров; 2) если ΔU>ΔU, то у пациента ВГД повышено; 3) если ΔU<ΔU, 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.
0
0
ij
1. Снижение методической погрешности и работоспособность метода доказываются тождественностью предельных параметров U и Т амплитудно-временной характеристики, определяемых по любым ij-ым сочетаниям двух амплитуд U измеренных сигналов в два момента времени с периодом 0,1 с. Полученные в результате эксперимента данные для каждого момента времени приведены в таблице.
i
0i
0i
U0i
T0i
F
U - амплитуды исследуемого сигнала; U и T - предельные параметры исследуемой и опорной характеристик; ε и ε - погрешности определения предельных параметров калибровочной характеристики; ε - погрешность между экспериментальной и калибровочной функциями моделирования.
i
0i
0i
U0i
T0i
F
-14
Из таблицы видно, что при увеличении амплитуд U сигнала в десять раз (с 2,66 до 26,95) тождественность предельных параметров U и T с погрешностью ε~ε<0,2%. При этом методическая погрешность ε между экспериментальной и калибровочной функциями не превышает 2·10%.
U0i
T0i
+-
2. Снижение динамической погрешности определяется сравнением погрешностей предельных параметров ε~ε предлагаемого способа и способа-прототипа ε изменения максимальной амплитуды.
i-1
i+1
i
Динамическая погрешность измерения максимальной амплитуды определяется как соотношение амплитуд A и A к A (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.