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 способа являются: низкая точность, связанная с влиянием на амплитуду колезонда плотности ретробульбарной клетчатки, влияющей на амплитуду колебаний всего 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 аналога 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.
Известен 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.
К недостаткам способа относится низкая метрологическая эффективность из-за субъективного анализа статистической амплитудно-временной характеристики, снижающая точность за счет наличия методической и динамической погрешности.
Прототипом является способ [Патент РФ №2601178 - Способ тонометрии глаза / А.А. Лунгина, А.В. Курганский, Е.И. Глинкин. - А61В 3/16, от 27.10.2016, Бюл. №30], заключающийся 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, костная ткань которой служит стабильной мерой, отличающийся тем, что нормируемым эквивалентом служит амплитудно-временная калибровочная характеристика с предельными параметрами, для определения которых последовательно измеряют две амплитуды исследуемого и опорного сигналов в моменты времени t1 и t2, 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.
Недостатком прототипа является наличие множества мер: костная ткань лобной части лица, а также дифференциальные и интегральные эквиваленты амплитудно-временной характеристики, которые подверженны нестабильности при измерениях под воздействием внешней среды.
Технической задачей способа является повышение метрологической эффективности, а именно точности тонометрии, за счет уменьшения методической и устранения динамической погрешности.
a
a
n
n
n0
n0
0
Техническая задача достигается тем, что в способе тонометрии глаза, заключающемся в организации исследуемого при воздействии на глаз вибрирующим датчиком, который приближают к глазу до наступления контакта с ними и действуют на глаз до момента исчезновения сигнала на выходе вибрирующего датчика, отводят вибрирующий датчик от глаза, находят действительную характеристику, по которой судят об офтальмотонусе, в отличие от известных решений нормируемым эквивалентом служит спектральная калибровочная характеристика с программно управляемыми амплитудными параметрами, которые формируют преобразованием Фурье из амплитудно-временной характеристики, аппроксимированной по амплитудам измерительного сигнала, сравнивают амплитудные параметры , b спектральной характеристики ƒ(ω) с образцовыми параметрами , b эквивалента ƒ(ω), по которым судят об офтальмотонусе.
Способ тонометрии глаза представляет собой режим работы "измерение" (см. фиг. 1), предназначенный для организации измерительного сигнала при воздействии на глаз вибрирующим датчиком. 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 амплитуду измерительного сигнала.
На графике (см. фиг. 1) по оси X показана развертка по времени в процессе тонометрии глаза, а по оси У - положительная часть амплитуды вибрации вибрирующего датчика. В исходном положении (точка А) вибрация датчика отсутствует. При подаче на устройство напряжения вибрирующий датчик начинает вибрировать (точка Б) со строго заданной начальной амплитудой. Прикосновение к глазу вибрирующего датчика вызывает увеличение амплитуды его колебаний. Причем величина амплитуды имеет различный размах, лежащий в пределах между точками В и В1. Различный размах обусловлен скоростью подведения датчика к глазу. Чем больше эта скорость, тем меньше амплитуда колебаний (точка В), а чем меньше скорость подведения, тем выше амплитуда (точка В1). Экспериментально установлено, что наибольшая амплитуда вибрации датчика будет тогда, когда скорость подведения вибрирующего датчика будет много меньше максимальной угловой скорости колебаний вибрирующего датчика. При отсутствии колебаний вибрирующего датчика (точка Г) приближение датчика к глазу следует прекратить. Затем при отведении вибрирующего датчика от глаза амплитуда колебаний увеличивается. Для наиболее стабильного результата при отведении вибрирующего датчика измеряют амплитуды сигнала, которые аппроксимируют амплитудно-временной характеристикой (АВХ):
По АВХ (1) преобразованием Фурье восстанавливают спектр амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) ƒ(ω):
max
n
n
a
По формулам Фурье для участка функции от 0 до t определяют амплитудные параметры , b спектральной характеристики ƒ(ω):
;
,
где , U(t) - АВХ (1) сигнала, n=1,2..5.
0
n
n
n0
n0
0
a
a
Определяем спектральную характеристику ƒ(ω) здорового человека. Судить об офтальмотонусе любого пациента можно, сравнивая амплитудные параметры , b спектральной характеристики ƒ(ω) с образцовыми параметрами , b эквивалента ƒ(ω) (фиг. 2).
0
0
0
По алгоритму (4) возможны три случая: 1. если ƒ(ω)=ƒ(ω), то пациент здоров; 2. если ƒ(ω)>ƒ(ω), то у пациента ВГД повышено; 3. если ƒ(ω)<ƒ(ω), то у пациента ВГД понижено.
0
1
0
1
2
0
2
На фиг. 2 показаны случаи определения спектра. Спектральная характеристика f(ω) отражает ВГД здорового человека. ƒ(ω)>ƒ(ω), поэтому ВГД, характеризующееся спектральной характеристикой ƒ(ω), повышено. В другом случае ƒ(ω)<ƒ(ω), поэтому ВГД, характеризующееся спектральной характеристикой ƒ(ω), понижено.
Докажем эффективность предлагаемого способа тонометрии глаза.
a
n
n
По формулам (3) вычисляются параметры , b спектральной характеристики ƒ(ω). Полученные в результате эксперимента данные для амплитуд измерительного сигнала приведены в таблице 1.
+-
1. Повышение эффективности η определяется сравнением динамических погрешностей в нахождении предельных параметров предлагаемого способа и способа-прототипа:
+-
0
0
0
1
1
а
a
где ε - средняя погрешность определения параметров способа-прототипа (U,T), ε - средняя погрешность определения спектральных параметров калибровочной характеристики (, , b).
а
a
0
1
1
Динамические погрешности определения предельных параметров спектральной характеристики и способа-прототипа приведены в таблице 1. Средняя динамическая погрешность определения спектральных параметров ,  и b - 0,035%, а средняя погрешность определения параметров способа-прототипа - 0,064% (см. табл. 1).
Тогда эффективность по динамической погрешности в два раза выше прототипа:
.
а
a
0
1
1
2. Работоспособность метода доказывается снижением методической погрешности при сравнении предельных параметров спектральной характеристики (,, b), определяемых по амплитудам измерительного сигнала (табл. 1).
i
0
1
1
а0
a1
b1
0
1
1
U0
T0
а
а
а
a
U - амплитуды исследуемого сигнала; ,  и b - вычисленные по формулам Фурье (3) коэффициенты; ε, ε e - погрешность определения коэффициента ,  и b соответственно, ε и ε - погрешность определения параметров способа-прототипа.
а
a
а
a
0
1
1
i
0
1
1
Из таблицы видно, что при увеличении амплитуд измерительного сигнала в десять раз (с 2,66 до 26,95) наблюдается тождественность спектральных коэффициентов ,  и b Наибольшая методическая погрешность составляет 0,225%. На фиг. 3 показаны две спектральные характеристики ƒ(ω), между которыми максимальная погрешность определения спектральных параметров ,  и b составляет 0,23%.
Таким образом, введение спектральной калибровочной характеристики, которая служит нормируемым эквивалентом, в отличие от известных решений, устраняет методическую и уменьшает динамическую погрешности измерения. Это приводит к повышению точности измерения ВГД, что в свою очередь позволяет поставить более точный диагноз заболевания и провести соответствующее лечение.