УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОЛИЧЕСТВЕННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЗРАЧНОСТИ СРЕД ГЛАЗА

Полезная модель относится к медицинской технике, в частности к офтальмологическим приборам для пороговой диагностики катаракты глаза.
Известно устройство (см. блок-схему на Фиг.1) для определения ранней стадии катаракты глаза, содержащее трехканальный световод 1, входные каналы которого сопряжены с источником 2 излучения инфракрасного диапазона и источником 3 излучения видимого диапазона, а выходной канал сопряжен с фотоприемником 4, связанным через пиковый детектор 5 с регистратором 6. Оно позволяет при изменении расстояния от торца световода до глаза, отследить четкий максимум принятого отраженного инфракрасного излучения и на основании этого определить зарождение катаракты глаза. Эта технология описана в авторском свидетельстве СССР №950306 [1].
Наиболее близким к заявляемой полезной модели является техническое решение, описанное в опубликованной заявке на полезную модель №2006119350122 [2], где предложена особая конструкция трехканального световода - он сделан со случайным распределением волокон, благодаря чему увеличивалась точность наведения устройства на зрачок и результаты измерений были более достоверными.
При работе прототипа [2] характер интенсивности принятого излучения имеет вид, представленный на Фиг.2. Это свидетельствует о том, что прибор, построенный по принципам, заявленным в прототипе, способен эффективно функционировать лишь на сравнительно небольшом, не более 8 мм, рабочем расстоянии от торца световода до роговицы глаза. Это приемлемо для изучения прозрачности
экстрагированного хрусталика (при лабораторных экспериментах), однако при исследовании хрусталика in vivo (в живом организме) такое ограничение по расстоянию серьезно осложняет практическое применение вышеописанного устройства из-за того, что торец световода находится слишком близко к роговице глаза. Таким образом, требуется изменение в конструкции прибора, направленное на повышение комфортности его использования для пациента и дальнейшее развитие функциональности, в частности - на расширение поля достоверной фокусировки облучения непосредственно на хрусталике глаза, а также на увеличение рабочего расстояния от торца световода до глазного яблока пациента. По сути, малое рабочее расстояние прототипа, является его основным недостатком.
Техническая задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, заключается в создании устройства, позволяющего увеличить рабочее расстояние от прибора до роговицы глаза, а также обеспечивающего более точную фокусировку облучения на хрусталике.
Поставленная техническая задача решена за счет усовершенствования конструкции излучающей части световода, а именно, в устройство, содержащее пучок, т.е. три или более, световодов, дополнительно введена линзовая оптическая насадка, размещенная на излучающем торце пучка и представляющая собой плосковыпуклую линзу, при этом размеры насадки скоррелированы с размерами и геометрией торца световодов в соответствии с принципом обеспечения малых аберраций и широкой апертуры за счет корреляции с размерами и геометрией прилегающего приемо-передающего торца пучка световодов при соблюдении условия a/2<f<a, где а - высота элементов, f - фокусное расстояние (Фиг.4). Это решение является наиболее эффективным с точки зрения эргономичности, простоты и точности полученных результатов.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на Фиг.3
приведена схема устройства с оптической насадкой, на Фиг.4 приведен ход лучей через оптическую систему, а на Фиг.5 - показана теоретическая и экспериментальная функция преобразования в устройстве с оптической насадкой.
Поток излучения поступает от источника в трехканальный световод 1, представляющий собой жгут оптических волокон; входные каналы световода 1 сопряжены с источником 2 излучения инфракрасного диапазона и источником 3 излучения видимого диапазона; причем поток излучения проходит далее через насадку 7 и, отразившись от поверхности и пройдя в обратном направлении, подводится к фотоприемнику 4, связанному через пиковый детектор 5 с регистратором 6.
1
2
1
2
2
Устройство с оптической насадкой работает следующим образом. Включают источники 2 и 3 излучения, при этом хрусталик глаза фиксируется на слабом светящемся пятне, которое создается на общем торце световода 1 от источника 3 видимого диапазона. Далее приближают общий торец световода 1 к хрусталику глаза и на выходе фотоприемника 4 появляется сигнал от источника 2 инфракрасного диапазона, пропорциональный суммарной функции преобразования U(x)=U(x)+U(x). При этом первая функция U(х) формируется потоком, отраженным от границы раздела воздух-поверхность хрусталика, и которая не является определяющей в суммарной функции, а вторая функция U(х), учитывая высокую проникающую способность ИК излучения, формируется потоком, проходящим через хрусталик и отражающимся от границ раздела прозрачных сред глаза. Ее величина является пропорциональной степени прозрачности глаза, а вклад U(х) в суммарную функцию U(x) является определяющим.
2
В отличие от прототипа [2], в функции U(x) имеется несколько максимумов, поэтому в момент появления первого максимума функции преобразования с помощью пикового детектора 5 запоминается
максимальное значение выходного сигнала, которое затем отображается на регистраторе 6. Определение рабочего расстояния и суть появления первого максимума функции преобразования базируется на расчете прохождений элементарного потока излучения в данном гибридном волоконно-оптическом преобразователе и производится на основе соотношений, описывающих ход луча в многокомпонентной центрированной оптической системе.
Обеспечение большого рабочего расстояния необходимо в тех случаях, когда значение максимально возможного динамического перемещения априорно неизвестно или когда случайное соприкосновение контролируемого объекта и устройства может привести к их взаимному повреждению или искажению измерительной информации.
Благодаря введению оптической насадки стало возможным увеличить рабочее расстояние до роговицы глаза, и сделать использование прибора, построенного на данном принципе, более эффективным и удобным. Проведенные математические расчеты данного метода показали потенциальную работоспособность данного метода и возможность увеличения рабочего расстояния до 20 миллиметров.
Расчет прохождения элементарного потока излучения в устройстве с введенной оптической насадкой производится на основе соотношений, описывающих ход луча через многокомпонентную центрированную оптическую систему, заданную положением главных плоскостей, фокусных расстояний (f,f′) и вершин элементов (Фиг.4).
Значение элементарного потока излучения, попадающего в приемный световод, определяется соотношением:
2
0
dP=Jτ(φ)f(α)sinφdφdβ,
;
где
1
2
1
2
i
j
К=tgφsinβ; К=tgφcosβ; M,=(1-a/f′)(1-2a′/f)-a/f; M=1/f+1/f′-2a′/(ff′); х и у -координаты излучающего волокна.
i
j
2
Вклад излучающего волокна с координатами (x,y) в отклик устройства с введенной оптической насадкой , где γ - плотность упаковки волокон в жгуте; τ(φ) - коэффициент светопропускания оптической насадки; D - область интегрирования, удовлетворяющая условиям прохождения потока излучения через оптическую насадку в прямом и обратном направлениях.
Определение функции преобразования сводиться к вычислению массива элементарных потоков излучения в конусе апертуры, проверке условий их прохождения по оптическому тракту, вычислению ослабления и суммированию элементарных потоков, попадающих в приемный световод.
На Фиг.5 показаны теоретическая (сплошная кривая) и экспериментальная (штриховая кривая) функции преобразования устройства с оптической насадкой. Теоретическая функция преобразования получена в соответствии с алгоритмом, реализующим описанную выше модель.
Таким образом, предлагаемое устройство позволяет количественно оценить степень прозрачности сред глаза и диагностировать помутнение их на более ранней стадии развития и является более удобным для применения в медицинских исследованиях.
Заявляемое устройство реализовано в соответствии с вышеприведенным описанием и прошло проверку в офтальмологической клинике.