СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ВНУТРИГЛАЗНОГО ДАВЛЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD FOR INTRAOCULAR PRESSURE MEASUREMENT AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к медицинской технике и может использоваться для измерения внутриглазного, внутричерепного и другого поверхностного давления.
Известны способы определения внутриглазного давления (далее ВГД) по Маклакову, по Гольдману, основанные на установке на человеческий глаз определенного груза с плоской поверхностью. По площади соприкосновения груза с поверхностью глаза (величине продавливания) определяют величину внутриглазного давления.
К недостаткам всех статических методов измерения ВГД напрямую через поверхность склеры или роговицы относятся психологические неудобства пациентов, поскольку глаз необходимо обезболить, обездвижить, блокировать веки глаза от закрывания, так как плунжеры, грузы и штоки устанавливаются на незащищенный глаз в течение длительного времени.
Известен способ бесконтактного измерения ВГД (патент РФ №2665112), заключающийся в воздействии на поверхность роговицы глаза воздушным потоком в виде множества пневматических импульсов, величина которых изменяется от минимального значения по возрастающей, одновременно производится измерение деформации поверхности роговицы глаза, при этом, согласно формуле Фриденвальда, внутриглазное давление определяется по значению минимального давления импульсов пневматического потока, под воздействием которых происходит минимальная деформация поверхности роговицы.
К недостаткам данного способа измерения ВГД стоит отнести погрешность измерения давления струи воздуха на роговице глаза, которая зависит от угла наклона струи воздуха к нормали поверхности глаза и точности изготовления сопла, через которое подаются пневмоимпульсы на поверхность роговицы глаза.
При этом в изобретении (патент РФ №2665112) доказано, что давление, при котором происходит минимальная деформация роговицы глаза, равно истинному ВГД.
Известен способ измерения ВГД через веко, взятый в качестве прототипа (патент РФ №2335234), который заключается в следующем - на глаз, защищенный веком, устанавливается шток, соединенный с корпусом упругими элементами, который создает статическое давление на веко и глаз. Далее штоком кратковременно производится дополнительное давление на глаз, при этом после снятия дополнительного давления шток начнет совершать свободные колебательные движения, частота которых будет пропорциональна весу штока, жесткости пружин и внутриглазному давлению.
К недостаткам данного способа измерения ВГД стоит отнести невозможность использования на незащищенной веком роговице глаза, так как для реализации возможности свободного колебания штока необходимо, чтобы статическое давление и, тем более, дополнительное динамическое (импульсное) давление значительно превосходили ВГД. Это в свою очередь ведет к дискомфорту и болевым ощущениям при измерении ВГД на незащищенном веком глазу. Кроме этого, в данном способе невозможно учесть ригидность поверхности глаза, когда отскок штока есть, а деформации глазного яблока нет. При этом ригидность глаза у разных людей отличается.
Технический результат направлен на создание способа измерения ВГД с учетом ригидности роговицы глаза, позволяющего пациенту испытывать минимальные неприятные ощущения при проведении процедуры измерения ВГД за счет минимального как статического, так и кратковременного динамического (импульсного) давления штока на незащищенный веком глаз.
В предлагаемом изобретении технический результат достигается минимальным статическим воздействием на незащищенный веком глаз весом штока (не более 1,5 г) с последующим воздействием множества динамических импульсов выталкивания штока в глаз, при этом величина давления импульсов увеличивается, начиная с минимально возможного значения ВГД, а значение ВГД определяется по минимальной величине суммы статического и динамического давления, под действием которого поверхность роговицы глаза начнет деформироваться внутрь глаза.
Способ измерения внутриглазного давления и устройство для его осуществления поясняется фигурами 1-2.
На фигуре 1 представлен график деформации поверхности роговицы в зависимости от давления штока.
На фигуре 2 представлено устройство измерения ВГД со статическим давлением штока под действием своего веса.
На фигуре 3 представлено устройство измерения ВГД со статическим давлением штока под действием упругих элементов.
Известно, что на результат измерения ВГД при деформации поверхности роговицы влияет ее ригидность. Ригидность роговицы глаза обусловлена тем, что роговица и склера человеческого глаза имеют собственную жесткость и не растягиваются под действием избыточного внутриглазного давления (у больных глаукомой объем глаза не меняется). Согласно формулы Фриденвальда (Нестеров А.П., Бунин А.Я., Кацнельсон Л.А. Внутриглазное давление. Физиология и патология. // М.: Наука. - 1974. - С. 32) деформация поверхности роговицы глаза связана с ригидностью:
0
t1
c1
где Р - истинное ВГД, Р и V - давление и объем смещаемой при тонометрии жидкости глаза при весе плунжера 5,5 г, Е - ригидность глаза, которая определяется по формуле:
t2
c2
где Р и V - давление и объем смещаемой при тонометрии жидкости глаза при весе плунжера 10 г. При измерениях ВГД одним деформирующим импульсом ригидность роговицы учесть невозможно, что приводит к погрешности измерения.
c1
c2
Если на роговицу глаза воздействовать грузом не в 5,5 г, а минимальным весом, при котором начинается деформация роговицы (V<<V), то согласно уравнению (2) ригидность будет равна:
t1
0
c1
Используя формулу Фриденвальда lg(Р)-lg(P)=Е⋅V в виде:
и подставляя уравнение (4) в уравнение (3) имеем:
ВГД
t1
Р=Р.
Полученный результат говорит о том, что давление, при котором происходит минимальная деформация роговицы внутрь глаза, равно истинному внутриглазному давлению. Точно подобрать с помощью грузов давление, равное ВГД, практически невозможно, но определить необходимую минимальную величину давления импульсов штока на поверхность роговицы глаза можно. При этом болевые ощущения от воздействия штока на роговицу глаза будут минимальными.
Исходя из вышеизложенного понятно, что при ударе штока по поверхности роговицы глаза давлением меньше ВГД, деформации роговицы внутрь глаза не произойдет, но согласно закону Ньютона (закон сохранения импульса), шток все равно отскочит. Именно это и приводит к ошибкам измерения ВГД способами, основанными на однократном ударе глазного яблока.
Если шток осуществляет давление ниже ВГД, то скорость отскока определяется упругостью и жесткостью роговицы (ее ригидностью). Если шток осуществляет давление выше ВГД, то скорость отскока определяется как упругостью и жесткостью роговицы, так и деформацией поверхности роговицы внутрь глаза. График деформации поверхности роговицы в зависимости от давления штока изображен на фигуре 1.
Автором предлагается способ измерения внутриглазного давления, заключающийся в воздействии на поверхность роговицы глаза статическим давлением веса штока, величина которого заведомо меньше внутриглазного давления, с последующим воздействием на роговицу глаза множества динамических импульсов выталкивания штока в направлении глаза, при этом величина давления импульсов увеличивается, начиная со значения суммарного статического и динамического давления штока равного минимально возможному значению ВГД, а значение истинного ВГД определяется по минимальной величине суммы статического и динамического давления, под действием которого поверхность роговицы глаза начнет деформироваться внутрь глаза. Статическое давление штоком можно осуществить как весом штока (не более 1,5 г), так и пружинными элементами, связывающими шток с корпусом.
Способ измерения внутриглазного давления работает следующим образом - на поверхность роговицы глаза вертикально устанавливается шток, который своим давлением не может деформировать поверхность глаза, так как статическое давление штока должно быть заведомо меньше значения ВГД (например, 10 мм рт. ст.). Далее шток многократно выталкивается в направлении глаза, при этом сила выталкивания штока увеличивается от минимального значения давления (например, от 5 мм рт. ст. с шагом 1 мм рт. ст.). Одновременно измеряется величина перемещения штока, деформирующего поверхность роговицы глаза. При достижении суммарного статического и динамического давления штока значения, большего истинного ВГД, величина перемещения штока резко увеличивается.
Устройство измерения внутриглазного давления, представленное на фигуре 2, состоит из штока 1, устанавливаемого на роговицу глаза, жестко связанных с корпусом 2 датчика перемещения штока 3 и блока перемещения штока 4, при этом датчик перемещения штока и блок перемещения штока электрически связаны с блоком управления, а для измерения истинного ВГД с помощью блока управления и блока перемещения штока формируется множество динамических импульсов выталкивания штока в направлении глаза, при этом величина давления импульсов увеличивается, начиная со значения суммарного статического и динамического давления штока равного значению минимально возможного ВГД, при этом значение истинного ВГД определяется по минимальной величине суммы статического и динамического давления, под действием которого поверхность роговицы глаза начнет деформироваться внутрь глаза.
Устройство измерения внутриглазного давления работает следующим образом - на роговицу глаза вертикально устанавливается шток 1, который своим весом не может деформировать поверхность роговицы внутрь глаза, так как его вес и площадь соприкосновения с глазом заведомо не превышают ВГД глаза (например, 10 мм рт. ст.), при этом шток свободно перемещается в корпусе 2. Далее, удерживая рукой за корпус, устройство незначительно опускается вниз, и в момент, когда датчик перемещения штока 3 передает в блок управления сигнал о перемещении штока вглубь корпуса, блок управления подает соответствующий электрический сигнал на блок перемещения штока 4, который выталкивает шток в направлении глаза с определенной силой, при этом шток производит динамическое импульсное давление на роговицу глаза (например, 5 мм рт. ст.) заведомо меньше ВГД. Далее датчик перемещения штока 3 измеряет величину перемещения штока 1 в направлении глаза, которая соответствует величине деформации роговицы глаза, и данные о перемещении передает в блок управления. Затем шток 1 под своим весом опускается на поверхность глаза, датчик перемещения штока 3 передает об этом информацию в блок управления, который подает соответствующий электрический сигнал на блок перемещения штока 4, и блок перемещения штока 4 выталкивает шток в направлении глаза так, чтобы создать динамическое давление на роговицу глаза немного большее, чем давление предыдущего импульса (например, на 1 мм рт. ст.). Одновременно датчик перемещения штока 3 измеряет величину перемещения штока 1 в направлении глаза, которая соответствует величине деформации роговицы глаза, и данные о перемещении передает на блок управления. И так до тех пор, пока величина перемещения штока 1 в направлении глаза не начнет резко увеличиваться, что соответствует условию, когда величина суммы статического и динамического давления, под действием которого поверхность роговицы глаза начнет деформироваться внутрь, равна истинной величине ВГД.
Для реализации блока перемещения штока 4 можно использовать электрическую катушку (обмотку) и магнитную вставку 6 в теле штока. Тогда изменяя силу тока в электрической катушке можно изменять силу выталкивания штока в глаз. Для реализации датчика перемещения штока 3 можно использовать электрическую катушку и магнитную вставку 5 в теле штока. Блок перемещения штока и датчик перемещения штока можно объединить в один блок, так как принцип их работы совпадает, а процесс выталкивания штока и измерения его перемещения в глаз могут быть разнесены во времени. Для реализации блока управления можно использовать микроконтроллер.
Так как в приборе постоянно измеряется величина смещения штока вглубь корпуса, и скорость перемещения штока под действием электрического сигнала значительно больше скорости случайного колебания руки, то погрешность измерения, связанная с колебанием руки, незначительная. Для упрощения алгоритма, когда перед каждым импульсом дополнительного давления штока на глаз необходимо измерять величину линейного смещения штока, целесообразно зафиксировать устройство относительно твердых частей головы пациента - черепных костей, с помощью как минимум одного упора.
Для центрирования штока 1 внутри корпуса 2 можно ограничить поперечные смещения штока двумя центрирующими подшипниками скольжения 7.
Данное устройство может работать только в вертикальном положении. Это не всегда удобно. Для возможности использования устройства измерения ВГД в любом положении целесообразно шток 1 зафиксировать и отцентрировать в корпусе 2, связав его с корпусом с помощью двух пружинных элементов 8, работающих на изгиб, как это изображено на фигуре 3. Данное устройство конструктивно совпадает с устройством, приведенным в изобретении РФ №2335234, с той разницей, что шток устанавливается непосредственно на роговицу глаза, и для реализации сложного алгоритма управления датчик перемещения штока 3 и блок перемещения штока 4 электрически связаны с блоком управления.
Устройство измерения внутриглазного давления, представленное на фигуре 3, состоит из штока 1, устанавливаемого на роговицу глаза, который связан с корпусом 2 пружинными элементами 8, работающими на изгиб, и жестко связанных с корпусом 2 датчика перемещения штока 3 и блока перемещения штока 4, при этом датчик перемещения штока и блок перемещения штока электрически связаны с блоком управления, а для измерения истинного ВГД с помощью блока управления и блока перемещения штока формируется множество динамических импульсов выталкивания штока в направлении глаза, при этом величина давления импульсов увеличивается, начиная со значения суммарного статического и динамического давления штока равного значению минимально возможного ВГД, при этом значение истинного ВГД определяется по минимальной величине суммы статического и динамического давления, под действием которого поверхность роговицы глаза начнет деформироваться внутрь глаза.
В данном устройстве, в отличие от предыдущего варианта, любое колебание руки врача будет приводить к изменению давления штока на глаз, так как, согласно закону Гука, сила противодействия пружины пропорциональна изменению ее длины. Поэтому статическое давление штока при использовании пружинных элементов непостоянно, что необходимо учитывать при работе или стабилизировать положение штока при измерении ВГД.
Устройство измерения внутриглазного давления, представленное на фигуре 3, работает следующим образом - на роговицу глаза устанавливается шток 1, при этом шток перемещается внутрь корпуса 2 и деформирует упругие элементы 8. Под действием пружинных элементов 8 создается незначительное статическое давление штока на роговицу, которое не может деформировать поверхность роговицы вглубь глаза, так как сила деформации пружин и площадь соприкосновения с глазом заведомо не превышают ВГД глаза (например, 10 мм рт. ст.). Далее датчик перемещения штока 3 измеряет величину перемещения штока 1 в направлении от глаза, что соответствует величине статического давления на роговицу глаза, и данные о перемещении передает на блок управления. В соответствии с вычисленным статическим давлением штока на роговицу глаза блок управления подает определенный электрический сигнал на блок перемещения штока 4, который выталкивает шток 1 в направлении глаза, при этом шток создает суммарное (статическое и динамическое) давление на роговицу глаза (например, 15 мм рт. ст.), заведомо меньшее ВГД. Далее датчик перемещения штока 3 измеряет величину перемещения штока 1 в направлении глаза, что соответствует величине деформации роговицы глаза, и данные о перемещении передает на блок управления. Затем, после 2-3 периодов колебания под действием упругих сил пружинных элементов, шток статически устанавливается на глаз, передает об этом информацию в блок управления, который измеряет величину статического давления штока на глаз и подает соответствующий электрический сигнал на блок перемещения штока 4, и блок перемещения штока 4 выталкивает шток в глаз, при этом шток создает суммарное давление (статическое и динамическое) немного большее, чем суммарное давление штока от предыдущего воздействия (например, на 1 мм рт. ст.), при этом датчик перемещения штока 3 измеряет величину перемещения штока 1 в направлении глаза, что соответствует величине деформации роговицы глаза, и данные о перемещении передает на блок управления. И так до тех пор, пока величина перемещения штока 1 в направлении глаза не начнет резко увеличиваться, что соответствует условию, когда величина суммы статического и динамического давления, под действием которого поверхность роговицы глаза начнет деформироваться внутрь, равна истинной величине ВГД.
Для упрощения алгоритма, когда перед каждым импульсом дополнительного давления штока на глаз необходимо измерять величину статического давления, целесообразно зафиксировать устройство относительно черепных костей пациента с помощью как минимум одного упора.