Устройство для регистрации зрачковой реакции глаза
DEVICE FOR REGISTERING THE PUPILLARY RESPONSE OF THE EYE

Изобретение относится к области медицины, в частности к офтальмологии, токсикологии, психофизиологии и может быть использовано в биомикроскопии глаза, а именно к исследованию зрачковых реакций глаза.
Биомикроскопия позволяет осуществлять осмотр переднего отдела глаза а именно: роговицы, наружной оболочки глаза, конъюнктивы, радужки, хрусталика и исследование зрачковых реакций. Управление  освещением, обеспечивает высокую детализацию и контраст освещённой и затемнённой зоны глаза, что создаёт оптический срез.
Известен фотоэлектронный пупиллограф (В.Ф. Ананин. Рефлексология. М. Издательство Российского Университета дружбы народов, Биомединформ, 1992, с. 144-145), содержащее блок световой стимуляции, блок видоискателя, проекционный блок с фотоприемником, блок осветителя и электронный блок.
Недостатком известного устройства является то, что блок осветителя, выполненный в виде инфракрасного осветителя, содержащего лампу накаливания, конденсор и инфракрасный фильтр, создающий тепловой эффект на поверхности глаза и тем самым вносит физиологический дискомфорт в процессе регистрации зрачкового рефлекса.
Известно устройство для регистрации зрачкового рефлекса (RU № 2066971, 27.09.1996, А61В 3/10), содержащее блок осветителя, блок видоискателя и проекционный блок, оптически и механически связанные между собой, блок световой стимуляции, оптически сопряженный с оптической осью проекционного блока, электронный блок, электрически связанный с блоком световой стимуляции, блоком осветителя, фотоприемником проекционного блока и электронно-оптическим преобразователем блока видоискателя. Блок осветителя выполнен в виде набора инфракрасных светодиодов, размещенных на кольцевой оправе, жестко связанной с объективом проекционного блока и оптически сопряженной с глазом испытуемого. Блок световой стимуляции представляет собой светодиод, работающий как в режиме фонового освещения, так и в режиме импульсной световой вспышки, в оптической оси которого размещена пластина с фиксационной точкой, выполненной на пересечении в оптической оси проекционного блока, блока световой стимуляции и зрительной оси испытуемого.
Недостатками указанного устройства являются возможность регистрации диаметра зрачка и последующей выдачей заключения как вариант нормы и отклонения от нормы без более детальных результатов анализа. Использование подсветки резко снижает информативность обследования, поскольку сетчатка реагирует на любое световое воздействие, в том числе в ближнем ИК диапазоне. Использование лампы дневного света приводит к сужению зрачков как реакции на не стандартизированное воздействие.
В качестве прототипа рассматривается устройство осветителя для переднего сегмента глаза (RU 175913, кл. А61В 3/10,  22.12.2017), 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. 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. Излучатели, равномерно распределены по кругу под защитным экраном. Блок управления выполнен с возможностью задания режимов работы излучателей программным способом, для монохроматического освещения с длиной волны 671 нм, с длиной волны 546 нм и 435 нм.
Однако у известного устройства недостаточное контрастирование освещения, невозможность осуществления регулирования потока света и выборочной подсветки в области периферии радужной оболочки и зрачковой зоны переднего сегмента глаза, из-за чего у этого устройства ограничены диагностические возможности биомикроскопии глаза.
Проблемой, на которую направлено изобретения, является разработка устройства для регистрации зрачковой реакции глаза, с возможностью избирательного освещения по интенсивности и площади, переднего сегмента глаза, для оценки зависимости зрачковой реакции от интенсивности светового воздействия, а также для определения параметра синхронности зрачковой реакции на световое воздействие по эффекту глазного рефлекса на ярко красное свечение в области зрачка при прямом освещении глазного дна, то есть по эффекту отражения света от сетчатки.
Техническим результатом изобретения является расширение диагностических и функциональных возможностей, повышение точности измерения.
Технический результат изобретения достигается за счет того, что устройство для регистрации зрачковой реакции глаза включает блок освещения, блок фоторегистрации, оптический блок и блок управления, выполненный с возможностью задания режимов работы излучателей для монохроматического освещения с длинами волн 671 нм, 546 нм и 435 нм и их комбинаций. Согласно изобретению блок освещения, оптический блок и блок фоторегистрации установлены последовательно друг за другом, их оптические оси расположены на одной линии, образуя единую оптическую ось. Оптический блок содержит диафрагму, включающую жидкокристаллический дисплей, с возможностью изменения диафрагменного отверстия по площади, и по интенсивности пропускания света.
Блок управления выполнен с возможностью задания режимов работы блока освещения, и параметров диафрагмы оптического блока.
Блок фоторегистрации выполнен с возможностью получения цифровых изображений зрачка глаза.
Единая оптическая ось при регистрации зрачковой реакции глаза совмещена с центром зрачка глаза обследуемого.
Блок освещения выполнен с возможностью избирательного освещения зон переднего сегмента глаза, по контуру периферии радужной оболочки и зрачковой зоны, а также по меридианам.
Диафрагма выполнена с возможностью светопропусканя от 0 до 100%.
Диафрагма выполнена c возможностью изменения диафрагменного отверстия по меридианам глаза.
Расположение оптических осей блока освещения, оптического блока и блока фоторегистрации последовательно один за другим, на одной линии с образованием единой оптической оси, обеспечивает правильность формирования изображения и определения геометрических параметров переднего сегмента глаза, радужной оболочки, зрачковой зоны для реальных измерений параметров, повышает точность фокусировки центра зрачка глаза, который должен совпадать с единой оптической осью устройства, что положительно  сказывается на достоверности полученных данных при диагностике обследуемого глаза при биомикроскопии.
Наличие жидкокристаллического дисплея в оптическом блоке обеспечивает как полное перекрытие светового потока, так и возможность регулирования интенсивности светового потока в необходимых для исследования глаза  пределах. Полное закрытие необходимо для оценки расширения зрачка как реакции на отсутствие светового воздействия. Регулировка параметров интенсивности светового потока обеспечивает новый диагностический уровень, а именно - оценку зависимости зрачковой реакции от интенсивности светового воздействия.
Жидкокристаллические элементы дисплея, как правило, имеют линейные размеры от 0,05 до 0,1 мм, что позволяет обеспечивать регулировку интенсивности светового потока, прозрачность или максимальную степень затемнения при подаче электрического сигнала.
Выполнение блока освещения с возможностью избирательного освещения зон переднего сегмента глаза, по контуру периферии радужной оболочки и зрачковой зоны, а также по меридианам обеспечивает избирательную диагностику зрачковой реакции глаза, расширяя тем самым функциональные возможности устройства.
Выполнение диафрагмы с возможностью светопропускания от 0 до 100% позволяет проводить диагностику в широком спектре паромеров, также повышая достоверность результатов при биомикроскопии глаза исследуемого.
Устройство для регистрации зрачковой реакции глаза иллюстрируется следующими чертежами, где на фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг. 2 - примеры параметров освещения переднего сегмента глаза по площади пропускания света, где 2а – полное затемнение, диафрагма полностью закрыта, 2b – затемнение на 50%, 2с - затемнение на 25%, 2d – отсутствие затемнения; на фиг. 3 – примеры избирательного затемнения в центре зрачка, 3а – диаметр затемнения 2,5 мм, 2b – диаметр затемнения 3.5 мм, 3с – диаметр затемнения 9 мм; на фиг. 4 – затемнение диафрагмы на периферии зрачка, 4а – затемнение в центре, 4b – затемнение по периферии; на фиг. 5 – изображена реакция зрачка глаза на свет, прошедший через диафрагму с различной площадью раскрытия, 5а – примеры совмещения диаметра диафрагмы с диаметром зрачка.
Устройство для регистрации зрачковой реакции глаза включает последовательно установленные друг за другом блок 1 освещения, оптический блок 2 и блок 3 фоторегистрации. Оптические оси блока 1 освещения, оптического блока 2 и блока 3 фоторегистрации расположены на одной линии, образуя единую оптическую ось 4 устройства, которая при регистрации зрачковой реакции глаза совмещена с центром зрачка 5 глаза обследуемого.  Оптический блок 2 содержит диафрагму 6, включающую жидкокристаллический дисплей (на фиг. не показано). Диафрагма 6 выполнена с возможностью регулирования диафрагмального отверстия 7 и включает меридианы 8, расположенные по периферии диафрагмы 6. Для регулирования процессом регистрации зрачковой реакции глаза устройство включает блок 9 управления, связанный с блоком 1 освещения, оптическим блоком 2 и блоком 3 фоторегистрации.
Устройство для регистрации зрачковой реакции глаза работает следующим образом.
.
При обследовании зрачковой реакции глаза единую оптическую ось 4 совмещают с оптической осью центра зрачка 5 глаза обследуемого. Фокусное расстояние до плоскости радужки должно составлять не менее 20 мм, которое обеспечивает безопасность обследования, минимизирует оптические аберрации и центрирование оптической системы относительно плоскости радужной оболочки. Диаметр диафрагменного отверстия 7 диафрагмы 6 оптического блока 2 соответствует диаметру плоскости радужки, который в среднем составляет 10,0 мм ± 1,0 мм. Оптическую систему предварительно калибруют на стандартных тестах с допуском 0,1 мм. Освещение переднего сегмента глаза и зрачковой зоны осуществляют блоком 1 освещения через оптический блок 2. Для исследования зрачковой реакции осуществляют воздействие монохроматическими световыми стимулами с длиной волны 671 нм (красный), с длиной волны 546 нм (зеленый) и 435 нм (синий). Данные световые стимулы могут быть использованы отдельно или в комбинации, что в данном случае обеспечивает получение белого света. В результате использования данного способа появляется не имеющаяся ранее возможность избирательной реакции компонентов центральной зоны сетчатки на световой стимул с различной длиной волны, что значительно расширяет диагностические возможности при исследовании зрачковых реакций. В соответствии с трехкомпонентной теорией цветового зрения Г. Гельмгольца в сетчатке глаза человека есть три вида колбочек, каждый из которых наиболее чувствителен к свету определенной длины волны: к красному, зеленому и синему участкам светового спектра, то есть соответствует трем «основным» цветам. В существующих аналогах используется белый цвет, являющийся смешением различных длин волн в диапазоне 360-780 нм. Это неспецифическое световое воздействие, которое трудно стандартизировать. Использование вышеуказанных частот имеет высокую стандартизацию. При этом исследование производится в 3 диапазонах, соответственно, точность исследования повышается
Измерение зрачковых реакций заключается в совмещении размеров зрачка 5 и диафрагменного отверстия 7 диафрагмы 6, которая определяется площадью жидкокристаллических элементов диафрагмы 6. По известным параметрам прозрачности каждого жидкокристаллического элемента диафрагмы 6 и его локализации, суммируя их, получают информацию о геометрических параметрах диафрагмы 6. Сравнивают результаты воздействия освещения на глаз прошедшего через заданные геометрические параметры диафрагмы 6. При достижении определённых геометрических параметров диафрагменного отверстия 7 диафрагмы 6 наблюдается реакция глаз, по которой определяют результат воздействия освещения на глаз с помощью блока 3 фоторегистрации для получения цифровых изображений и последующей обработке данных.
Данное устройство позволяет избирательно освещать периферию радужной оболочки, при которой освещается только зона радужки от периферии до зрачковой каймы. Центральная область зрачка закрывается диафрагмой 6. Такое воздействие на зрачок 5 глаза позволяет определить исходный диаметр зрачка 5 необходимой в качестве начальной точки измерения реакции глаза на различные световые воздействия. Использование жидкокристаллической диафрагмы 6 позволяет выбрать необходимый вариант зоны освещения зрачка 5. Такой вариант освещения исключает необходимость использования инфракрасной подсветки всей зоны переднего сегмента глаза. Регулируя диафрагму 6 с помощью блока 9 управления, можно получить избирательное освещение различных зон переднего сегмента глаза, а именно, по меридианам 8 и расположение по отношению к области периферии радужной оболочки и зрачковой зоны. Контрастирование освещения повышает диагностические возможности биомикроскопии переднего сегмента глаза. Контрастирование основано на известном  эффекте Тиндаля, повышение контрастирования выделяет ярко освещенные объекты по отношению к затемненным. На фиг. 5 проиллюстрировано как изменяется диаметр зрачка в зависимости от параметров освещения центральной зоны сетчатки. Зрачковый рефлекс является безусловным и не управляется по воле обследуемого. Необходимым условием получения зрачкового рефлекса является соосное расположение блока 1 освещения, оптического блока 2 с оптическим центром 5 глаза и соответственно центральной зоной сетчатки осветительной системы и блока 3 фоторегистрации. Такое соосное расположение необходимо для повышения эффективности результатов исследования зрачковых реакций. Поскольку скорость зрачковой реакции достаточно высокая, необходимо обеспечение адекватной скорости обработки данных. Для этого реализовано изменение диаметра зрачка методом совмещения с диаметром диафрагмы 6. Поскольку диаметр диафрагмы 6 известен и является функцией количества используемых жидкокристаллических элементов с известной площадью каждого элемента, то пересчет на площадь зрачка возможен в режиме реального времени. Это повышает точность измерений, быстродействие и объективизацию данных.
Использование диафрагмы 6 на основе жидкокристаллических элементов обеспечивает как полное перекрытие светового потока, так и возможность регулирования интенсивности светового потока в широких пределах. Когда в жидкокристаллическом слое  поступает электрический ток, он  заставляет изменять их светопропускание. Преодолев фронтальную поляризованную панель дисплея, свет встречает на своем пути фильтр, который пропускает только его красную, зеленую или синюю составляющую. Кластер из этих трех цветов образует на экране пиксель. Благодаря выборочному освещению можно создавать широкий диапазон оттенков. Жидкокристаллические элементы способны изменять степень пропускания и как следствие интенсивность излучения, воздействующая на сегмент глаза, в зависимости от управляющего сигнала блока 9 управления. Избирательность освещения обеспечивает новый диагностический уровень, а именно - оценку зависимости зрачковой реакции от интенсивности светового воздействия.
При измерении зрачковой реакции глаза с использованием жидкокристаллической диафрагмы 6 возможно также определить параметр синхронности зрачковой реакции на световое воздействие и скорость сокращения зрачка, по эффекту глазного рефлекса на ярко красное свечение в области зрачка при прямом освещении глазного дна, то есть по эффекту отражения света от сетчатки. Признак смещения по одному из меридианов 8 является свидетельством нарушения зрачковой функции как признак атрофии мышц или наличия спаек. При таком исследовании центральную область зрачка закрывают диафрагмой 6, в которой с помощью меридиан 8 избирательно освещают различные зоны переднего сегмента глаза. Такое измерение необходимо для контрастирования изображения при биомикроскопии глаза.
Полное закрытие необходимо для оценки расширения зрачка как реакции на отсутствие светового воздействия. На фиг. 2, 3 и 4 приведены примеры использования применения в варианте полного (100%) затемнения диафрагмы 6, то есть исключение внешнего светового воздействия. В этом случае обеспечивается расширение зрачка, что необходимо при исследовании зрачковых реакций. Изменение степени светопропускания диафрагмы 6 дает возможность количественной оценки зрачковой реакции на меняющееся световое воздействие. Такая методика исследования зрачковых реакций позволяет более детально исследовать взаимосвязь между меняющимся параметром освещения и изменением диаметра зрачка. Приведен пример (фиг. 2b, 2c и 2d) при использовании 50%, 25% и 0% засветки области зрачка, соответственно. Можно определить зрачковую реакцию в динамическом варианте сравнивая зрачковую реакцию на параметр полного затемнения (фиг. 2а) и полного светопропускания (фиг. 2d) или в более градуированном варианте. Регулировка параметров интенсивности светового потока обеспечивает новый диагностический уровень, а именно - количественную оценку зрачковой реакции на меняющееся световое воздействие. Интервал изменения диаметра зрачка составляет от 1.5 до 9.0 мм.  Примерами изменения диаметра зрачка являются изображения 3а, 3b, 3с соответственно, диаметры зрачка составляют 2.5, 3.5 и 9 мм. Избирательное затемнение в центре позволяет получить количественную оценку зрачковой реакции и осуществить более контрастное изображение радужной оболочки на основе эффекта Тиндаля. Возможность затемнения диафрагмы на периферии обеспечивает несколько положительных качеств - избирательное воздействие на зрачковую зону, то есть осуществление исследования зрачковой реакции в наиболее распространенном варианте. Изменение диаметра зрачка можно сразу оценивать в соответствии с площадью освещаемой зоны как функцию от количества жидкокристаллических элементов. Дополнительным преимуществом является высокая скорость регистрации зрачковых реакций, поскольку это обеспечивается управляющим электронным блоком 9 управления. Все вышеперечисленные варианты использования жидкокристаллической диафрагмы 6 могут выполняться по выбору врача, последовательно или в различных сочетаниях. Использование данных вариантов исследования зрачковых реакций значительно повышает информативность методики и устройства, обеспечивает реализацию поставленной цели - расширение диагностических и функциональных возможностей, повышение точности измерения.
Устройство для регистрации зрачковой реакции глаза  выполнено на уровне опытного образца.