Способ диагностики функционального состояния офтальмологических контактных линз и устройство для его осуществления
METHOD FOR DIAGNOSING THE FUNCTIONAL STATE OF OPHTHALMIC CONTACT LENSES AND A DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к медицине, а именно к офтальмологии, оптометрии, и предназначено для диагностики функционального состояния контактных линз при их использовании.
Контактные линзы используются для коррекции зрения при различных видах аномалий зрения, в том числе близорукости, дальнозоркости и астигматизме. Контактные линзы фиксируются на поверхности роговицы, имеют микроотверстия, для обеспечения доступа кислорода и слезной жидкости к роговице. Длительность использования контактных линз различна, максимально составляет 12 месяцев. В процессе эксплуатации контактной линзы на ее поверхности и в толще происходит отложение белков, жиров и последующее инфицирование бактериями или вирусами. Это создает опасность для органа зрения пользователя контактными линзами, возникает риск инфекционных заболеваний глаз (кератит, кератоувеит, конъюнктивит). Эти заболевания представляют угрозу зрению, требуют длительного лечения. Другими последствиями ношения линз является снижение обменных процессов в роговице, появление признаков гипоксии глаза. В результате возникают изменения в роговице в виде эрозий, помутнений и врастания сосудов. Последствия и осложнения ношения линз зависят от их функционального состояния. В связи с этим имеется потребность в разработке новых способов и устройств для диагностики и мониторинга функционального состояния контактных линз.
Известен способ оценки переносимости роговицей контактной линзы и выбора режима ее ношения в различные сроки наблюдения после завершения периода ее адаптации к роговице (RU 2440802, кл. А61F9/00, 2012г), заключающийся в проведении компьютерной кератотопографии с количественным и качественным анализом типов кератотопограмм, заключение об индивидуальной непереносимости контактной линзы для выбранного режима ее ношения делают по увеличению или уменьшению статистических кератотопографических индексов, появлению на роговице зон иррегулярного астигматизма с локальным увеличением или уменьшением рефракционных кератотопографических показателей, или «слепых» зон, где рефракционные показатели не определяются.
В известном способе отсутствует возможность оценки функционального состояния контактной линзы в процессе ее эксплуатации индивидуального использования.
Из уровня техники известен осветитель для переднего сегмента глаза (RU 175913, кл. А61В 3/10, 2017), содержащий блок осветителя, блок фоторегистрации, оптически и механически связанные между собой, блок световой стимуляции, оптически сопряженный с оптической осью проекционного блока, блок управления, электрически связанный с блоком световой стимуляции, блоком осветителя, отличающийся тем, что осветитель включает в себя матовый отражатель в форме усеченного тора, выполненного с возможностью формирования равномерного освещения переднего сегмента глаза рассеянным светом, защитный экран с отверстием, диаметр которого меньше внешнего диаметра отражателя, бленду, расположенную над защитным экраном и выполненную с возможностью ограничения внешнего светового потока, и излучатели, равномерно распределенные по кругу под защитным экраном, при этом блок управления выполнен с возможностью задания режимов работы излучателей программным способом, для монохроматического освещения с длиной волны 671 нм, с длинами волн 546 нм и 435 нм. В данном аналоге используется аналогичный диапазон частот осветителя, но для целей исследования зрачковых реакций. Данное устройство имеет элементы сходства по конструкции, но существенные отличия по функциям. В устройстве отсутствует возможность оценки функционального состояния контактной линзы в процессе ее эксплуатации индивидуального использования.
Наиболее близким к заявляемому устройству является устройство для световой стимуляции зрачковой реакции глаза (RU 150988, кл. A61F 9/00, 2015 г), состоящее из обтюратора, изготовленного из светонепроницаемого эластичного материала, геометрическая форма которого повторяет анатомические формы орбитальной части лица, оптического блока, совмещенного с фоторегистрирующим устройством, осветительного блока, имеющего несколько источников света, создающие световой поток с длинами волн 671 нм, 546 нм, 435 нм, которые могут быть использованы отдельно, последовательно в равном или пропорциональном сочетании, обеспечивающим, в том числе, воздействие белым светом, а также ПК излучатель, состоящий из блока обработки полученных данных, блока управления оптическим и осветительным блоками. Обтуратор соединен с оптическим и осветительным блоком. Блок обработки полученных данных выполнен с возможностью обратной связи с осветительным блоком, а блок управления оптическим и осветительным блоками выполнен с возможностью обратной связи с оптическим и осветительным блоками.
Недостатком известного устройства является невозможность обеспечения условий стандартизации процесса обследования состояния контактной линзы, в том числе выявления белковых отложений на ее поверхности.
В качестве прототипа рассматривается известный метод биомикроскопии глаза с помощью щелевой лампы Биомикроскопия глаза Шульпина Б.Н. (Киваев А.А. Шапиро Е.И. Контактная коррекция зрения 2000, Москва. С.210), включающий фиксирование подбородка и лба пациента на специальных подставках, установка освещение и ширины светового луча, направление в глаз обследуемого луча щелевой лампы, выявление через микроскоп отклонения в функционировании глаза. Диффузное освещение позволяет проводить общий осмотр больных глаз. При максимально открытой диафрагме свет наводят на глазное яблоко, а затем рассматривают изображение через микроскоп. Первоначально полностью открывают диафрагму, а затем уменьшают отверстие, и направляют луч в нужный отдел глаза.
Щелевая лампа, с помощью которой проводится биомикроскопия глаза включает: бинокулярный микроскоп, позволяющий многократно увеличивать исследуемые структуры глаз, источника освещения — светодиодную или галогеновую лампы, регулируемую опору для лица пациента, дополнительные крепежные и иные элементы. Прибор ставится на стол врача либо на специально оборудованное место, прикрепляясь к поверхности винтами, и является стационарным устройством.
Недостатком известного способа обследования с помощью щелевой лампы является обязательное требование к затемненному помещению, стационарные условия, практические навыки персонала. Субъективность оценки результатов обследования биомикроскопии является основным недостатком способа. Имеется много факторов, таких как качество оптики щелевой лампы, острота зрения и цветовосприятие врача, уровень его квалификации, которые влияют на результаты обследования. Состояние контактной линзы определяется как снижение ее прозрачности и появление пятен на поверхности или в толще контактной линзы, что не гарантирует точной диагностики, поскольку основано на субъективном мнении обследующего персонала.
Проблемой, на которую направлено изобретение, является усовершенствование способа диагностики функционального состояния офтальмологических контактных линз и устройства для его осуществления.
Техническим результатом изобретения является повышение достоверности диагностики функционального состояния офтальмологических контактных линз с возможностью использования устройства, обеспечивающего стандартизацию условий обследования и использования объективных методов обследования, а также обработки получаемых результатов, в том числе в дистанционном варианте.
Поставленная проблема и заявленный технический результат достигаются за счет того, что согласно изобретению, способ диагностики состояния офтальмологических контактных линз характеризуется воздействием на контактную линзу, зафиксированную на переднем сегменте глаза, световым потоком при следующих режимах: 280, 435, 546 и 671 нм. При каждом режиме производят цифровую фоторегистрацию контактной линзы. Зоны наличия белковых отложений определяют по наличию флуоресценции триптофана на цифровых изображениях в диапазоне длин волн 340-380 нм с пиком 350 нм. Оценку белковых отложений на поверхности контактной линзы определяют по локализации флуоресценции на площади контактной линзы на цифровых изображениях. Функциональное состояние контактной линзы по полученным данным классифицируют по трем степеням, из которых нулевая степень соответствует отсутствию флуоресценции в области контактной линзы с возможностью ее дальнейшего использования, первая степень соответствует единичной флюоресценции, не более 10% включительно от общей площади контактной линзы, с ограничением времени использования линзы, вторая степень у которой площадь участков флуоресценции более 10 % от общей площади контактной линзы, требующая неотложной замены линзы.
Устройство для диагностики состояния офтальмологических контактных линз включает обтюратор из светонепроницаемого эластичного материала, геометрическая форма которого повторяет анатомические формы орбитальной части лица, оптический блок, совмещенный с фоторегистрирующим блоком, осветительный блок с источниками света, создающими световой поток с длинами волн 671 нм, 546 нм, 435 нм, блоком обработки полученных данных. Согласно изобретению, осветительный блок дополнительно включает источник света, создающий первоначальный световой поток с длиной волны 280 нм, для получения цифровых изображений с помощью фоторегистрирующего блока в диапазоне длин волн 340-380 нм, с пиком 350 нм и последующего определения зон флуоресценции белковых отложений в спектре триптофана на цифровых изображениях.
Внутренняя поверхность обтюратора выполнена черной, светопоглощающей.
Внутри обтюратора установлен светочувствительный датчик, определяющий наличие внешнего светового воздействия, при не плотном прилегании обтюратора к лицевой части обследуемого.
Осветительный блок выполнен с возможностью совмещения с оптической осью контактной линзы от 0 до 20°.
Фоторегистрирующий блок включает оптические элементы, установленные с возможностью фокусировки изображения на светочувствительной матрице.
Фоторегистрирующий блок выполнен с рабочим диапазоном от 280 нм до 910 нм.
Устройство может включать блок автономного электроснабжения, выполненного в виде низковольтного аккумулятора.
Устройство также может включать блок передачи данных по информационным каналам при дистанционном использовании.
Способ диагностики функционального состояния офтальмологических контактных линз основан на анализе оптических характеристик контактной линзы. Наличие белковых отложений на контактной линзе определяется по наличию собственной флуоресценции белков, которая обусловлена присутствием триптофана. Флуоресценция белков обусловлена флуоресценцией аминокислотных остатков, наиболее интенсивно поглощающих ультрафиолетовое излучение - триптофана, тирозина и фенилаланина. У триптофана и тирозина примерно одинаковые квантовые выходы флуоресценции, но поскольку молярный коэффициент поглощения на порядок больше, чем тирозина, то и флуоресцирует он сильнее. Флуоресценцией остальных аминокислот можно пренебречь. Спектры люминесценции применяются для качественного и количественного анализа, в структурных исследованиях, для изучения физико–химических свойств биологических объектов. Таким образом, почти 90 % всей флуоресценции обусловлено наличием триптофана, содержащегося во всех белках, следовательно, данный метод можно использовать для определения наличия белковых отложений. Согласно правилу Каша и закону Вавилова, спектр и квантовый выход флуоресценции не зависит от длины волны возбуждающего света. Положение максимума флуоресценции триптофана имеет пик на 350 нм и может изменяться от 340 до 380 нм в зависимости от кислотности среды.
Результаты в диапазоне длин волн 340-380 нм с пиком 350 нм регистрируют и по наличию флуоресценции в спектре триптофана определяют зоны флуоресценции по параметрам интенсивности и локализации по площади контактной линзы на цифровых изображениях. Количественную оценку наличия белковых отложений на поверхности контактной линзы сравнивают со стандартом, то есть с линзой, которая не использовалась и для которой отсутствует флуоресценция в спектре триптофана. Для объективной оценки функционального состояния контактной линзы, полученные данные классифицируют по 3 степеням. Нулевая степень соответствует отсутствию флуоресценции, первая степень при единичной флюоресценции, не более 10% от общей площади контактной линзы, вторая степень - площадь участков флуоресценции более 10 % от общей площади контактной линзы.
Фоторегистрация в диапазоне 435 нм, обеспечивает наибольшее контрастирование при определении фиксации контактной линзы по отношению к окружающим тканям, в диапазоне 546 нм обеспечивает контрастирование сосудов глаза и определение их сдавления при фиксации линзы. При длине волны 671 нм минимизируется световое воздействие, а также возможен осмотр при наличии светобоязнии.
Предлагаемый способ имеет существенные отличия от прототипа за счет более высоких параметров получения цифровых изображений контактной линзы благодаря исключению внешнего светового воздействия, не требующего затемнения помещения. Создание условий, при которых исключается внешнее световое воздействие, обеспечивает повышение точности диагностики и сравнимость результатов. Использование обтюраторов позволяет производить диагностику контактных линз в любых условиях, в том числе выездных и дистанционных, что способствует стандартизации методов исследования.
Способ диагностики функционального состояния офтальмологических контактных линз и устройство для его осуществления иллюстрируется следующими чертежами, где: на фиг. 1 – представлен внешний вид устройства для диагностики состояния офтальмологических контактных линз; на фиг. 2 – схема диагностики функционального состояния контактной линзы; на фиг. 3 - график анализа флуоресценции линзы для принятия врачебного решения.
Устройство для диагностики состояния офтальмологических контактных линз включает корпус 1, закрепленный с помощью фиксаторов 2 на регулируемой по высоте и углу наклона опоре 3. На корпусе 1 смонтирован обтюратор 4, изготовлен из эластичного, светонепроницаемого материала, геометрическая форма которого повторяет анатомические формы орбитальной части лица. Внутренняя поверхность обтюратора 4 имеет светопоглощающую черную поверхность. В корпусе 1 смонтирована аппаратная часть устройства, включающая оптический блок 5, совмещенный с блоком 6 фоторегистрации и осветительным блоком 7, снабженным светочувствительным датчиком 8 для определения наличия внешнего светового воздействия при не плотном прилегании обтюратора 4 к лицевой части обследуемого, для сигнализации о невозможности дальнейшего обследования, поскольку не соблюдаются условия стандартизации. Блоки 5 – 8 связаны с блоком 9 обработки полученных данных и блоком 10 передачи данных с антенной 11. Внутри корпуса 1 установлен блок 12 автономного электроснабжения.
Устройство предназначено для стандартизации условий получения цифровых изображений контактных линз при использовании различных световых источников и последующего анализа на основании объективных данных и принятия врачебных решений в отношении их дальнейшего использования. Аппаратная часть устройства имеет блочную компоновку. Все блоки взаимосвязаны, являются компактными, транспортабельными, автономными с возможностью передачи данные через информационные каналы интернет.
Осветительный блок 7 включает источники, обеспечивающие излучение света с длинами волн в диапазоне: 280, 435, 546, и 671 нм. Значения световых диапазонов используются последовательно, и синхронизируются с блоком 6 фоторегистрации контактной линзы. Длительность вспышки светового воздействия составляет не более 0.01 сек. Первоначально производится фоторегистрация при 280 нм, затем 435, 546, и 671 нм. В случае возникновения блика, полученные цифровые изображения могут изменяется. В этом случае осветительный блок 7 имеет возможность смещения с оптической оси контактной линзы в диапазоне от 0 до 20°. для соблюдения условия стандартизации и получения достоверных результатов диагностики. Фоторегистрация в диапазоне 280 нм используется для флюоресцентного анализа и выявления белковых отложений, 435 нм, обеспечивает наибольшее контрастирование при определении фиксации контактной линзы по отношению к окружающим тканям, 546 нм обеспечивает контрастирование сосудов глаза и определение их сдавления при фиксации линзы. При длине волны 671 нм минимизируется световое воздействие, возможен осмотр при наличии светобоязнии.
Блок 6 фоторегистрации состоит из оптических элементов, фокусирующих изображение на светочувствительной матрице (на фиг. не показано). Рабочий диапазон блока 6 фоторегистрации составляет от 280 нм до 910 нм, что позволяет оптимизировать процесс получения цифровых изображений, и в свою очередь дает возможность получения объективных данных в зоне флуоресценции триптофана в диапазоне 340-380 нм, создает условия для стандартизации диагностики функционального состояния контактной линзы. Использование данного диапазона работы как осветительного блока 7, так и блока 6 фоторегистрации является оптимальным для решения поставленной задачи определения функционального состояния контактной линзы. При этом уменьшение диапазона регистрации менее 280 нм не повышает информативность диагностики. Превышение диапазона свыше 910 нм приводит к смещению в ИК диапазон, который обеспечивает меньшую разрешающую способность. Блок 6 фоторегистрации расположен внутри корпуса 1 с возможностью его регулировки для центрирования оптической оси контактной линзы и блока 6 фоторегистрации.
Полученные цифровые изображения в виде файла передаются на блок 9 обработки данных, представляющего собой микрокомпьютер, расположенный внутри корпуса 1. Обработка данных заключается в автоматическом тестировании качества полученных цифровых изображений контактной линзы (четкость изображения, наличие бликов). При нарушении параметров стандартизации получения цифровых данных полученные цифровые изображения удаляют и производят повторную фоторегистрацию линзы. Последовательный анализ всех изображений при соблюдении условий стандартизации применяют для определения функционального состояния контактной линзы. Блок 12 автономного электроснабжения представляет собой низковольтный аккумулятор, обеспечивающий работу в течение рабочего дня. Он необходим для автономной работы и транспортабельности устройства. В отличие от прототипа, являющегося стационарным устройством, блок 10 передачи данных является автономным устройством с возможностью передачи данных по каналам Интернет с помощь. антенны 11. Наличие коммуникационных возможностей обеспечивает существенное отличие устройства от прототипа, а именно дистанционное и автономное использование для диагностики функционального состояния контактной линзы.
Способ диагностики состояния офтальмологических контактных линз осуществляют следующим образом.
Устройство фиксируют на поверхности стола, диагностика и мониторинг состояния контактной линзы производят в положении сидя. С помощью фиксаторов 2 регулируют по высоте и углу наклона опору 3. Стандартная высота расположения устройства по отношению к поверхности стола составляет 30 см. Углы фиксации устройства составляют от 0 до 45° к плоскости стола. Это необходимо для индивидуального подбора параметров в зависимости от роста обследуемого. Исключение внешнего светового воздействия обеспечивается обтюраторами 4. После фиксации орбитальной части лица, обследуемого эластичными обтюраторами 4, с помощью осветительного блока 7 производят фоторегистрацию контактной линзы. Первоначально воздействуют длиной волны в диапазоне 280 нм, для определения зон флюоресценции белковых отложений, затем 435 нм, которая обеспечивает наибольшее контрастирование при определении фиксации линзы. Далее включают освещение с длиной волны 546 нм, которая специфична для выделения сосудов глаза и определения их сдавливания при фиксации линзы. При длине волны 671 нм минимизируется световое воздействие, возможен осмотр при наличии светобоязни. В результате получается серия цифровых изображений, которые анализируются в соответствие с разработанными диагностическими алгоритмами. Полученные результаты представляются в виде графика для принятия врачебного решения (Фиг. 3).
Основным этапом обработки данных является объективный анализ данных по параметрам наличия зон флюоресценции, вычисления площади зоны флуоресценции по отношению к площади контактной линзы и соответственно выявления белковых отложений на линзе. При этом учитываются все зоны флуоресценции и суммируется их площадь. По результатам анализа предоставляются графики зон флюоресценции для принятия врачебного решения о дальнейшем использовании контактной линзы (фиг. 3).
Регистрация фото и видео результатов зоны флуоресценции в спектре триптофана в диапазоне длин волн 340-380 нм с пиком 350 нм, создает условия для определения по параметрам интенсивности и локализации площади контактной линзы на цифровых изображениях, что позволяет облегчить процесс диагностики функционального состояния контактных линз. В отличие от прототипа определение функционального состояния контактной линзы определяется на основании объективных методов обследования. Также впервые реализуется классификация функционального состояния контактной линзы по возможности ее применения и принятия врачебного решения. Объективная оценка функционального состояния контактной линзы основана на определении площади белковых отложений, определяемые по цифровым изображениям контактной линзы и наличию участков флюоресценции триптофана.
В таблице 1 приведена схема принятия врачебных решений об использовании контактной линзы. При нулевой степени флуоресценции – контактная линза пригодна к использованию, при первой степени флуоресценции использование линз возможно, но требует плановой замены, а при второй степени необходима замена контактной линзы, ввиду снижения ее оптических свойств и опасности инфекционного поражения органа зрения. Классификация поверхности контактной линзы по степеням с помощью количественной оценки наличия белковых отложений позволяет стандартизировать процесс диагностики, состояния контактной линзы, которые необходимы для объективного сравнительного анализа.
Таблица
Наличие флюоресценции в спектре триптофана
Качественный показатель
Количественный показатель (Локализация)
Рекомендации по использованию контактной линзы
0 степень
Флюоресценция отсутствует
Флюоресценция отсутствует
Использование линз возможно
1 степень
Единичная флюоресценция
Площадь участков флуоресценции до 10% включительно от общей площади контактной линзы
Использование линз возможно, но требует плановой замены.
2 степень
Имеются участки флюоресценции по площади контактной линзы
Площадь участков флуоресценции более 10% от общей площади контактной линзы.
Требуется замена контактной линзы, ввиду снижения ее оптических свойств и опасности инфекционного поражения органа зрения.
Примеры осуществления способа диагностики состояния офтальмологических контактных линз.
Пример 1
Пациент Б. 20 лет. Диагноз близорукость средней степени, использует линзы, сроком ношения 3 месяца. Длительность использования контактной линзы на момент обследования-1.5 месяца. Дискомфорта при использовании контактных линз не имеет. При обследовании состояния контактных линз предложенным способом выявляется зона флуоресценции - 2% от площади линзы. Заключение: имеется первая степень белковых отложений на линзе, рекомендована плановая замена контактной линзы.
Пример 2
Диагностика проводилась аналогично примеру 1. Пациент И. 25 лет. Использует контактные линзы каждый день. Линзы с длительностью ношения 6 месяцев. Периодически беспокоит покраснение глаза. Чаще всего покраснение возникает при длительности ношения более 10 часов. При флуоресцентном анализе контактных линз выявляется участок белковых отложений (25% от площади от площади линзы). Заключение: рекомендована замена контактных линз.
Пример 3
Диагностика проводилась аналогично примеру 1. Пациент 3. 20 лет. Использует контактные линзы в связи с близорукостью высокой степени. При плановом обращении проведена диагностика состояния контактной линзы с использованием устройства для диагностики и мониторинга состояния контактных линз. При анализе цифровых изображений не выявлено флуоресценции в спектре триптофана и соответственно, белковых отложений на линзе. Рекомендовано дальнейшее использование контактной линзы с мониторингом состояния в плановом порядке.
Пример 4
Пациент Р. 22 года. Диагноз - сложный миопический астигматизм обоих глаз. Использует контактные линзы ежедневно, более 12 часов в день. Жалобы на появление покраснения глаз, боли в глазах. При обследовании предложенным способом на основе эффекта флюоресценции белковых отложений не имеется. При исследовании в диапазоне 435 нм, которое обеспечивает наибольшее контрастирование при определении фиксации линзы выявлено смещение линзы под верхнее веко. Заключение - избыточная подвижность линз, рекомендована замена линзы.
Пример 5
Пациент С. 23 года. Диагноз гиперметропия средней степени обоих глаз. Использует контактные линзы ежедневно, более 10 часов в день. Жалобы на возникновение сильного покраснения глаз, резь в глазах. При обследовании предложенным способом на основе эффекта флюоресценции белковых отложений не выявлено. При исследовании в диапазоне 435 нм, которая обеспечивает наибольшее контрастирование при определении фиксации линзы положение линзы правильное, центральное. При исследовании с длиной волны 546 нм, которая специфична для выделения сосудов глаза и определение их сдавливания при фиксации линзы установлено, что имеется несоответствие кривизны задней поверхности контактной линзы, приводящее к сдавлению окружающих сосудов. Заключение - контактная линза подлежит замене.
Пример 6
Пациент Б. 34 года. Диагноз миопия средней степени обоих глаз. Жалобы на чувство инородного тела в глазу, боли. При обследовании не выявлено зон флуоресценции, белковых отложений не выявлено, линза фиксирована. Имеется светобоязнь. При длине волны 671 нм произведен осмотр при наличии светобоязни. В результате анализа цифровых изображений выявлена зона воспаления наружной оболочки глаза. Назначено лечение.
Преимуществом заявленного способа является возможность стандартизации условий обследования, отсутствие необходимости затемнения помещения при исследовании и возможность цифровой фото- и видеорегистрации переднего сегмента глаза, использование методов анализа цифровых изображений с последующим заключением о возможности использования контактной линзы, а также дистанционное использование устройства.
Предлагаемое устройство и способ обеспечивают высокую и точную стандартизацию процесса обследования состояния контактной линзы, которое необходимо для объективного сравнительного анализа.
Клинические исследования показали, что способ диагностики состояния офтальмологических контактных линз с использование устройства позволяет повысить достоверность проведения диагностики, упрощает, оптимизирует и стандартизует работу врачей при диагностике функционального состояния контактных линз, которая необходима для объективного сравнительного анализа. И, в конечном итоге, созданное изобретение улучшает качество жизни людей, которые пользуются контактными линзами.