СПОСОБ ДИСТАНЦИОННОГО ИЗМЕРЕНИЯ ВНУТРИГЛАЗНОГО ДАВЛЕНИЯ
METHOD FOR REMOTE MEASUREMENT OF INTRAOCULAR PRESSURE

Изобретение относится к области медицинской техники и может быть использовано в офтальмологии для дистанционного измерения внутриглазного давления (ВГД).
Известен способ измерения внутриглазного давления с использованием системы для измерения и/или контроля внутриглазного давления с инерциальным датчиком. Система включает в себя устройство для измерения внутриглазного давления, содержащее опору и датчик давления, объединенный с опорой, причем опора выполнена с возможностью приведения датчика давления в контакт с глазом пользователя для измерения его внутриглазного давления (ВГД); портативное записывающее устройство; инерциальный датчик для сбора информации о движении и/или физической активности пользователя (патент РФ №2618173, МПК А61В3/16, опуб.02.05.2017).
Недостатком этого способа является использование при измерении в качестве опоры и датчика давления контактной линзы или опоры, выполненной с возможностью ее имплантации в глаз, что связано с дискомфортом пациента при установке и измерении.
Известен также способ измерения внутриглазного давления, который заключается в измерении с использованием тонометров аппланационного типа: Маклакова или Гольдмана, при атмосферном давлении от 740 до 760 мм.рт.ст. При атмосферном давлении менее 740 мм рт.ст. и более 760 мм рт.ст. измерение внутриглазного давления осуществляют приборами другого типа, в том числе тонометром ТГДц-02 или ТГДц-03 или индикатором ИГД-03 (патент РФ №2453263, МПК А61В3/16, опуб. 20.06.2012).
Недостатком известного способа является то, что все измерения внутриглазного давления проводятся в результате контакта измерителей с глазом, что вызывает необходимость анестезии. Кроме того, измерение внутриглазного давления приборами типа ТГДц-02 или ТГДц-03 или индикатором ИГД-03, которые тоже являются контактными, имеет ряд ограничений при патологическом состоянии верхнего века.
Наиболее близким к предлагаемому решению является способ измерения внутриглазного давления, который заключается в воздействии на глаз пневмоимпульсом с одновременным освещением его поверхности лазером, в измерении ВГД по величине деформации глаза, возникающее в результате воздействия на глаз пневмоимпульсом с одновременным освещением его поверхности лазером (Патент РФ №2485879, МПК А61В3/16, опубл. 27.06.2013).
Недостатками данного способа являются применение в измерении внутриглазного давления полупроводникового лазерного автодина, работающего в оптическом диапазоне, что приводит к ограничению в выборе «места» исследования, к вероятности негативного влияния на сетчатку глаза и т.д. Воздействие воздушной струей не перпендикулярно к поверхности сферической оболочки может приводить к неконтролируемой погрешности в измерении.
Техническая проблема заключается в повышении эффективности бесконтактного метода измерений внутриглазного давления за счёт повышения точности и быстроты измерительных действий.
Технический результат заключается в снижении погрешности измерений внутриглазного давления.
2
Техническая проблема решается тем, что в способе дистанционного измерения внутриглазного давления, заключающемся в воздействии на глаз пневмоимпульсом с одновременным воздействием электромагнитного излучения, преобразовании отражённого от глаза сигнала в автодинный сигнал, регистрации его мощности, оцифровке сигнала, определении функции движения участка глаза, величины деформации глаза и ускорения движения оболочки, получении калибровочной кривой, описывающей зависимость давления внутри модели глаза от отношения величины деформации глаза к ускорению, определении по калибровочной кривой внутриглазного давления, согласно изобретению, в качестве электромагнитного излучения используют СВЧ-излучение, создают с помощью линии передачи зону действия ближнего поля СВЧ-излучения, значения потока которого не превышает 100 мкВт/см, а глаз располагают в зоне действия ближнего поля на расстоянии от источника СВЧ-излучения, не превышающем 1/10 длины волны линии передачи, воздействие пневмоимпульсом осуществляют перпендикулярно поверхности глаза в зону действия ближнего поля, при этом, функцию движения участка глаза Z(t) определяют из соотношения:
,
где U – цифровой автодинный сигнал;
– интервал времени;
– коэффициент, который определяют как отношение: , где  – изменение уровня автодинного сигнала при изменении расстояния  от источника СВЧ-излучения до объекта.
Ускорение движения оболочки  может быть определено из решения обратной задачи, получающегося в результате нахождения минимума функционала, определяемого как сумма квадратов отклонения экспериментальных  и теоретических  величин функции движения для различных временных интервалов: .
Значение ускорения может быть также определено как вторая производная от функции .
Изобретение поясняется чертежами, где представлены:
-на фиг. 1 - блок-схема экспериментальной установки,
- на фиг. 2 – функция движения сферической оболочки при воздействии пневмоимпульса,
-на фиг. 3 – калибровочная кривая зависимости величины деформации от давления внутри модели глаза.
- на фиг. 4 – схема измерительной головки.
Позициями на фиг. 1 и 4 обозначено:
1 – СВЧ- автодин;
2 – линия передачи;
3 – зонд;
4 – макет или объект (глаз);
5 – компрессор;
6 – аналого-цифровой преобразователь;
7 – компьютер;
8 – трубка.
Ближнее поле может быть создано с помощью любой линии передачи, например, на основе волноводной, коаксиальной, микрополосковой и др.
Предлагаемый способ дистанционного измерения внутриглазного давления осуществляется следующим образом.
Предварительно получают калибровочную кривую на макете.
2
Для моделирования деформации глазного яблока при различном внутриглазном давлении был выбран резиновый шарик, заполненный гелем с плотностью, близкой к плотности внутриглазной жидкости. Внутреннее давление изменялось путем введения внутрь дополнительного объема геля. Излучение электромагнитного сигнала от СВЧ – автодина 1 (см. фиг. 1), на выходе которого выявляют зону действия ближнего поля с частотой 13 ГГц и значением потока, не превышающего 100 мкВт/см, что соответствует нормам (СанПиН 2.1.8/2.2.4.1383-03), через линию передачи 2 и зонд 3 направляют на макет 4, на который перпендикулярно к поверхности макета воздействуют воздушным импульсом от компрессора 5. Макет фиксируют и располагают на расстоянии, не превышающем 1/10 длины волны в линии передачи. (Усанов Д.А., Горбатов С.С. Эффекты ближнего поля в электродинамических системах с неоднородностями и их использование в технике СВЧ // Саратов, Издательство: Саратовский государственный университет. 2011, С.392).
Часть излучения, отраженного от макета 4, возвращается в СВЧ – автодин 1. Сигнал с СВЧ – автодина поступает на аналого-цифровой преобразователь 6, данные с которого сохраняют в памяти компьютера 7. После оцифровки получают цифровой автодинный сигнал :
где  – амплитуда автодинного сигнала,  – набег фазы автодинного сигнала,  – длина волны СВЧ – излучения,  – интервал времени,  – функция, описывающая продольные перемещения участка поверхности исследуемого объекта (функция движения участка глаза).
Исходя из экспериментальных данных, амплитуда движения объекта как минимум на порядок меньше длины волны излучения, форма автодинного сигнала  повторяет форму функции движения объекта с точностью до коэффициента, т.е. функцию  можно определить по переменной составляющей автодинного сигнала  с помощью обратной функции, т.е.:
,
где U – цифровой автодинный сигнал;  – интервал времени;  – коэффициент, который определяют как отношение: , где  – изменение уровня автодинного сигнала при изменении расстояния  от источника СВЧ-излучения до объекта.
Восстанавливают функцию  (фиг. 2) для каждого значения давления внутри макета. Определяют величину деформации оболочки , как разницу между точками  и . Неизвестный параметр ускорения движения оболочки определяют из решения обратной задачи, получающегося в результате нахождения минимума функционала, определяемого как сумма квадратов отклонения экспериментальных и теоретических  величин восстановленной функции, описывающей продольные перемещения участка поверхности исследуемого объекта, для различных временных интервалов: . Искомое значение ускорения  соответствовало минимальному значению функционала.
Рассчитанному значению отношения величины деформации оболочки к ускорению  ставят в соответствие давление внутри глаза, измеренное с помощью глазного тонометра.
На фиг. 3 показана калибровочная кривая, полученная из экспериментальных данных. Калибровочная кривая определяется один раз для данной автодинной системы как зависимость отношения  от давления внутри макета. Тестовое измерение величины внутреннего давления сферических оболочек проводят по методу Маклакова грузом массой 10 г. (Любимов Г.А. История развития и биомеханическое содержание измерения внутриглазного давления по методу Маклакова // Глаукома. 2006. №1. С.43–49.). Измерение диаметра сегмента деформации выполняют по отпечаткам с помощью цифрового штангенциркуля, деформация сферической оболочки коррелирует с величиной давления внутри макета, определяемый по методу Маклакова.
В таблице 1 приведены результаты экспериментальных исследований, проведённых на макете.
Таблица 1
Внутреннее давление макета, мм рт.ст.
ΔZ, м⋅10<sup>-6</sup>
<img file="00000030.jpg" he="6" wi="13" img-content="undefined" img-format="jpg" />
<img file="00000031.jpg" he="6" wi="29" img-content="undefined" img-format="jpg" />
13
132.962
0.131
11.66
15
90.016
0.136
8.518
16
74.038
0.165
4.741
17
58.442
0.195
3.255
19
57.394
0.286
3.146
20
52.578
0.324
1.938
25
43.561
0.358
1.337
34
39.221
0.420
1.045
43
39.174
0.532
0.77
Предлагаемый способ был реализован на примере определения неизвестного внутреннего давления глаз с использованием калибровочных кривых с помощью коаксиальной линии передачи
2
Экспериментальные исследования были проведены с использованием СВЧ – автодина, на выходе которого выявляют зону действия ближнего поля СВЧ-излучения частотой 13 ГГц и значением потока, не превышающего 100 мкВт/см.
Для получения значений  глаз помещают в ближнее поле (совокупность нераспространяющихся волн высших типов) СВЧ – автодина 1. Для этого глаз фиксируют согласно способу на расстоянии не более 3 мм от зонда 3. Затем на склеру глаза воздействуют СВЧ-излучением от зонда 3 и направленным перпендикулярно к поверхности глаза воздушным импульсом от компрессора 5. Отражённый от глаза сигнал возвращается в СВЧ-автодин и поступает в аналого-цифровой преобразователь 6, данные с которого сохраняются в памяти компьютера 7. Далее сигнал оцифровывают, определяют функцию движения участка глаза, величину деформации глаза  и ускорения движения оболочки и по отношению  с помощью калибровочной кривой, полученной ранее, находят величину внутриглазного давления.
Измеренное значение  составило 5.4, что на калибровочной кривой (фиг. 3) соответствует величине давления 15.8 мм.рт.ст.
На фиг. 4 представлен пример реализации схемы измерительной головки, позволяющей направить воздушный пневмоимпульс соосно с зондом СВЧ-автодина. К зонду 3 прикрепляют трубку 8, через которую проходит воздушный импульс от компрессора 5 к макету 4. Таким образом, соблюдают перпендикулярность воздействия струи воздуха от компрессора. Предлагаемый метод согласуется с общепринятым за эталон, но в отличие от прототипа позволяет проводить измерения с высокой точностью в любой области глаза, без вероятности повреждения сетчатки глаза оптическим излучением.
В случае если удар воздушной струи происходит не перпендикулярно к поверхности сферической оболочки, в исследуемом объекте возникают колебательные процессы, точное описание которых крайне затруднительно и может серьёзно усложнить используемую математическую модель. Пренебрежение этим описанием приводит к возникновению трудно устранимой и неконтролируемой погрешности.
Способ позволяет ускорить измерительные процессы за счёт снижения количества операций, при определении механических характеристик исследуемого объекта.