Способ скрининговой диагностики глаукомы и устройство для его осуществления

Способ скрининговой диагностики глаукомы и устройство для его осуществления

Реферат

Область техники

Группа изобретений относится к медицине, а именно к офтальмологии, и касается скрининговой диагностики глаукомы и устройства для его осуществления.

Уровень техники

На протяжении последних лет глаукома занимает лидирующие позиции в структуре слепоты и слабовидения. Первичная инвалидность по этому заболеванию в Российской Федерации возросла с 16% в 1995 г. до 40,2% в 2009 г. Доля глаукомы в нозологической структуре слепоты и слабовидения в России составляет 29% [Libman E.S., Chumaeva Е.А., Elkina Ja.Je. Epidemiological characteristics of glaucoma, HRT Klub Rossii: sb. nauchnyh statej. M., 2006. P. 207-212]. В связи со старением населения ожидается дальнейший рост данных показателей. Скрининговая диагностика глаукомы является важной профилактической стратегией, конечной целью которой является снижение распространенности заболевания при массовых обследованиях людей с целью выявления у них заболеваний.

Наиболее распространенный в мире скрининг на глаукому основан на восприятии зрительной иллюзии удвоения пространственной частоты (frequency doubling illusion - FDI). Возникновение этой иллюзии физиологически обусловлено деятельностью Магно-системы зрительно-нервного пути, а именно Му-клеток - «у-тип», которые составляют всего лишь 1,5-2,5% от всей популяции ганглионарных клеток сетчатки или 15-25% от популяции клеток Магно-системы. Му-клетки клетки отвечают за нелинейный компонент зрительного пути, обеспечивая восприятие движения и смену контрастов, кроме того, они имеют более крупные размеры по сравнению с Мх-клетками, а также реже перекрывающиеся рецептивные поля, и поэтому при глаукоме страдают первыми [Quigley Н.А, Sanchez R.M., Dunkelbur-ger G.R. et al. Chronic glaucoma selectively damages large optic nerve fibers // Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. - 1987. - Vol.28. - P. 913-918].

Известно, что нейрофизиологической основой каналов фильтров для пространственных частот являются рецептивные поля нейронов зрительной системы, в которых наиболее значительными являются: система нейронов, организованных крупными клетками с большими рецептивными полями и толстыми аксонами - Magno-система и второй класс нейронов, организованных мелкими клетками с малыми рецептивными полями - Parvo-система. Эти два класса разделены в условиях обследования. Парво-система выделяет сигналы, имеющие высокие пространственные и низкие временные частоты, и отвечает за «объектное» зрение. Магно-система выделяет низкие пространственные частоты и высокие временные частоты и отвечает за «пространственное» зрение. При глаукоме первыми страдают крупные нейроны, представляющие магно-систему. Поэтому для выявления этих нарушений в зрении предложена периметрия с удвоенной пространственной частотой (FDP - Frequency Doubling Perimetry), являющаяся эффективным методом для определения ранней диагностики глаукомы. В основе этого метода имеется зрительная иллюзия удвоения низкой пространственной частоты - 0,25 цикл/град, возникающей в норме, если последнюю подвергнуть воздействию высокой временной частотой в пределах 10-36 Гц [СИМАКОВА И.Л. и др. Роль периметрии с удвоенной частотой в ранней диагностике глаукомы. Сборник "Глаукома: проблемы и решения". - М., 2004, с. 117-119].

Из уровня техники известны способы и устройства для диагностики глаукомы, основанные на восприятии зрительной иллюзии удвоения пространственной частоты.

Известен способ и устройство для ранней диагностики глаукомы [WO 1995029627], в котором используют психофизически определенные пороговые значения контрастности для наблюдения иллюзии удвоения пространственной частоты. Способ включает разделение визуального поля зрения указанного субъекта на множество зон; представление изображения в выбранных зонах, имеющего пространственные и временные характеристики, соответствующие наблюдению иллюзии удвоения пространственной частоты; измерение порога контрастности, при котором субъект может различить каждое изображение во время его фиксации на месте при 0° азимута и соответствующей высоте в указанном поле зрения, определение зоны с высоким порогом путем расчета среднего логарифма пороговых значений, и сравнение максимального порога диагностируемого субъекта со стандартным порогом субъекта, имеющего нормальное зрение. Изображение представляет собой синусоидальную решетку, имеющую удлиненные бороздки, модулированные на частоте в диапазоне от 10 до 50 Гц. Устройство, осуществляющее способ, содержит средство определения зоны высокого порога и средство для сравнения указанного максимального порога со стандартным порогом субъекта, имеющего нормальное зрение. Дисплей устройства представляет собой экран электронно-лучевой трубки.

Необходимо отметить, что в офтальмологии известны способы и устройства выявления глаукомы с помощью использования компьютера.

Известно устройство диагностики дефектов зрения, содержащее монитор пациента и блок управления [US 6,129,436], принятое в качестве наиболее близкого аналога предлагаемого устройства. Однако данное устройство не гарантирует достаточной точности в постановке диагноза.

Известен способ скрининговой диагностики глаукомы также с помощью использования компьютера [RU 2357652], принятый в качестве наиболее близкого аналога предлагаемого способа, в процессе которого осуществляют следующие действия:

фиксируют взгляд проверяемого глаза на центральной светящейся точке, при этом осуществляют постоянство положения зрительной оси глаза на центральную точку посредством устранения раздвоения изображения центральной точки на экране смещением ее копии в зону слепого пятна на сетчатке;

предъявляют субъекту тестовую картинку на экране монитора компьютера в виде шестнадцати равных квадратов с общим углом зрения 40° как по вертикали, так и по горизонтали, симметрично расположенных вокруг центральной светящейся точки, с углом зрения каждого квадрата 10°×10°;

в каждом квадрате без повторения высвечивают тестовую картину в виде ахроматической синусоидальной черно-белой решетки вертикального либо горизонтального направления.

Согласно описанию патента RU 2357652 реакцию пациента фиксирует врач в виде картины матричной сетки, эквивалентной результатам показаний зрительного восприятия пациента в измерительных квадратах. Ячейки матричной сетки могут быть окрашены в белый, серый или черный цвета в различных количествах и сочетаниях, соответствующих диапазонам уровней светочувствительности, и зафиксированы на носителе информации. Способ позволяет повысить эффективность его использования при массовых обследованиях посредством сокращения времени, но при этом следует отметить его недостаточную точность в постановке диагноза.

К недостаткам известного способа, описанного в патенте RU 2357652, следует отнести недостаточную точность диагностики при использовании удвоенной пространственной частоты в сочетании с пороговым контрастом.

Задачей настоящего изобретения является создание способа скрининговой диагностики глаукомы и устройства, позволяющего проводить диагностику при массовых обследованиях посредством сокращения времени с повышенной точностью.

Технический результат, проявляющийся при использовании предлагаемого способа скрининговой диагностики глаукомы посредством использования метода удвоенной пространственной частоты в сочетании с пороговым контрастом и устройства, состоит в повышении точности диагностики путем коррекции яркости предъявляемых тестовых изображений за счет включения в устройство схемы измерения фактической яркости.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Для решения поставленной задачи и достижения указанного технического результата предложена группа изобретений, объединенных общим изобретательским замыслом.

Одним из аспектов предлагаемой группы изобретений является способ скрининговой диагностики глаукомы, включающий фиксацию взгляда проверяемого глаза на светящейся точке, предъявление тестовых изображений на экране монитора компьютера, сформированных вокруг светящейся точки в виде равных квадратов с общим углом зрения 40° по вертикали, с углом зрения каждого квадрата 10°×10°, в каждом квадрате без повторения высвечивают тестовое изображение в виде ахроматической синусоидальной черно-белой решетки с пространственной частотой 0,25 цикл/град в течение 20 секунд в каждом квадрате, с ориентацией полос решетки горизонтального либо вертикального направления, фиксирование врачом зрительного восприятия пациентом тестовых изображений, осуществление постоянства положения зрительной оси глаза на светящейся точке, нанесенной на экран монитора пациента, во всем процессе диагностики проверяемого глаза, характеризующийся тем, что тестовое изображение выполнено в виде двадцати равных квадратов, нанесенных вокруг точки фиксации взгляда с общим углом зрения 50° по горизонтали, со смещением от точки фиксации взгляда 20° внутрь и 30° наружу, предъявляют тестовые изображения прямой и инверсной окраски, переключаемые с частотой в диапазоне 22-30 Гц, увеличивая ее контрастность от 0 до максимальной, фотоэлектрическим преобразователем, установленным вне рабочего поля монитора пациента, осуществляют определение значений фактической яркости отображаемого тестового изображения на мониторе пациента и посредством блока управления корректируют значения параметров яркости, фиксируют реакцию пациента на экране монитора врача в виде таблицы, отображающей посредством программного обеспечения результаты показаний зрительного восприятия пациентом тестовых изображений в измерительных квадратах, ячейки которых могут быть окрашены в цвета от зеленого до красного в различных количествах и сочетаниях, соответствующих трем уровням чувствительности, при этом у пациента диагностируют глаукому при фиксации врачом момента распознавания пациентом изображения в течение времени, превышающего 10 секунд, в одном из 20 предъявленных квадратов, либо в течение времени, превышающего 2,5 секунд, в 8 из 20 предъявленных квадратов.

В дополнительном аспекте способ характеризуется тем, что предпочтительно тестовое изображение переключают с частотой в диапазоне 22-23 Гц.

В дополнительном аспекте способ характеризуется тем, что осуществляют контроль постоянства положения зрительной оси глаза на точке фиксации взгляда, расположенной на экране монитора пациента, которая окрашена в зеленый цвет и выполнена с углом зрения 1°, с помощью дополнительной точки красного цвета такого же диаметра, которую устанавливают на экране монитора пациента в зоне проекции слепого пятна.

Другим аспектом изобретения является устройство для осуществления скрининговой диагностики глаукомы, содержащее монитор пациента, характеризующееся тем, что дополнительно содержит монитор врача, подключенный к блоку управления, фотоэлектрический преобразователь, установленный в неиспользуемой области экрана монитора пациента и изолированный от внешнего освещения, путем размещения его в непрозрачном корпусе, внутри которого на задней стенке установлен монитор пациента, вне рабочего поля которого установлен фотоэлектрический преобразователь, соединенный с входом усилителя, выход которого соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с входом блока управления, выход которого соединен с монитором пациента.

В дополнительном аспекте изобретение характеризуется тем, что программное обеспечение формирует на экране монитора пациента тестовые изображения и одновременно отображает на экране монитора врача таблицы с результатами показаний зрительного восприятия пациента в измерительных квадратах.

В дополнительном аспекте изобретение характеризуется тем, на передней панели непрозрачного корпуса выполнено отверстие, в котором установлен окуляр с собирающей линзой.

Существенными отличительными признаками предлагаемого способа диагностики глаукомы являются:

- единство измерений обеспечивают определением фактической яркости выводимого на монитор пациента тестового изображения и, по мере необходимости, его соответствующей коррекцией. Для чего в схему устройства введены фотоэлектрический преобразователь, установленный в неиспользуемой области экрана пациента и изолированный от внешнего освещения; усилитель и аналогово-цифровой преобразователь, жидкокристаллический монитор пациента установлен в непрозрачном корпусе с окуляром;

- на поле экрана монитора вокруг точки фиксации взгляда наносят двадцать равных квадратов с общим углом зрения 40° по вертикали и 50° по горизонтали со смещением относительно точки фиксации взгляда 20° внутрь и 30° наружу, поскольку поле зрения человека имеет разную протяженность в разных направлениях;

- осуществление контроля постоянства положения зрительной оси глаза на точке фиксации взгляда зеленого цвета, нанесенной на экране монитора пациента, во всем процессе диагностики проверяемого глаза посредством введения изображения значительно более заметной красной точки на экране в зоне проекции слепого пятна.

На Фиг. приведена блок-схема реализующего способ устройства для осуществления скрининговой диагностики глаукомы.

Схема устройства (см. Фиг.) включает монитор пациента (1), монитор врача (2), подключенные к блоку управления (3), фотоэлектрический преобразователь (4) с усилителем (5) и аналого-цифровым преобразователем (6), установленный в неиспользуемой области экрана монитора пациента и изолированный от внешнего освещения, путем размещения в непрозрачном корпусе (7), внутри которого на задней стенке установлен монитор пациента (1). При этом фотоэлектрический преобразователь (4) соединен с входом усилителя (5), выход которого соединен с входом аналого-цифрового преобразователя (6) - далее АЦП, выход которого соединен с входом блока управления (3), выход которого соединен с монитором пациента (1) и монитором врача (2).

Программа, содержащаяся в блоке управления, написана на языке С++ в среде Embarcadero RAD Studio под платформу Win 32/64 с использованием графического пакета Direct 3D, позволяет предъявлять на экране монитора пациента тестовую картину.

Скрининговую диагностику глаукомы с использованием предлагаемого устройства осуществляют следующим образом.

На экране монитора пациента (1) блок управления (3) последовательно формирует тестовое изображение в виде в виде двадцати равных квадратов, нанесенных вокруг точки фиксации взгляда по пять квадратов в строках и по четыре в столбцах, с общим углом зрения 50° в горизонтальном направлении и 40° в вертикальном направлении, со смещением от точки фиксации взгляда 20° внутрь и 30° наружу.

Причем в каждом квадрате блок управления (3) высвечивает тестовую картину, представляющую собой ахроматическую синусоидальную черно-белую решетку с пространственной частотой 0,25 цикл/град, прямой и инверсной окраски, переключаемых с частотой в диапазоне 22-30 Гц длительностью до 20 секунд, с постепенным увеличением контрастности изображения от 0 до максимума.

В процессе проведения исследований было установлено, что наибольшая точность диагностики достигается при переключении тестовых изображений с частотой в диапазоне 22-23 Гц.

Временные параметры зажигания и гашения элементов изображения на экранах мониторов любого типа имеют величины, сравнимые со временем демонстрации одного кадра. Кроме того, у жидкокристаллических мониторов они существенно зависят от температуры окружающей среды. Тракт отображения информации также вносит определенные искажения, как постоянные, так и возникающие в течение жизненного цикла устройства, когда происходит медленная деградация элементов подсветки.

Для компенсации возникающих искажений в устройство введена схема коррекции, состоящая из фотоэлектрического преобразователя, усилителя и АЦП с частотой дискретизации 10 кГц и разрядностью 16 бит.

Для каждого последующего шага увеличения контрастности учитывают параметры яркости, измеренные с помощью фотоэлектрического преобразователя (4) с усилителем (5) и аналого-цифровым преобразователем (6) во время предъявления тестового изображения предыдущего шага.

На экране монитора пациента установлена освещенность 45 кандел/м². Жидкокристаллический монитор пациента помещен в непрозрачный корпус, окрашенный изнутри в черный матовый цвет. В передней панели выполнено отверстие, в котором установлен окуляр с собирающей линзой. Это позволяет исключить влияние внешнего освещения на контрастность предъявляемого тестового изображения, а также исключает необходимость жесткой фиксации головы пациента относительно устройства, что оказывает влияние на точность диагностики.

Во всем процессе диагностики глаукомы осуществляют контроль постоянства положения зрительной оси исследуемого глаза на точке фиксации взгляда, расположенной на экране монитора пациента, которая окрашена в зеленый цвет и выполнена с углом зрения 1°, с помощью дополнительной точки красного цвета такого же диаметра, которую устанавливают на экране монитора пациента в зоне проекции слепого пятна.

Постоянство положения зрительной оси глаза на точке фиксации на экране монитора достигают посредством устранения наблюдения изображения красной точки на экране смещением направления взгляда обследуемого глаза пациента на зеленую точку.

Пациент, увидев направленность полос решетки, сообщает направленность полос тестового изображения: «вертикаль», либо «горизонталь».

При этом врач кликом «мышки» фиксирует в блоке управления (3) момент проявления реакции пациента и наблюдает получаемые результаты на экране своего монитора (2), отображаемые в виде таблицы с результатами показаний зрительного восприятия пациента в измерительных квадратах, ячейки которых могут быть окрашены в цвета от зеленого до красного в различных количествах и сочетаниях, соответствующих трем уровням чувствительности.

При этом у пациента диагностируют глаукому при фиксации момента распознавания пациентом изображения в течение времени, превышающего 10 секунд, в одном из 20 предъявленных квадратов, либо в течение времени, превышающего 2,5 секунд, в 8 из 20 предъявленных квадратов.

Изменения пространственной контрастной частоты при такой патологии, как глаукома, свидетельствуют о первых признаках заболевания зрительной системы.

При обследовании врач выполняет просмотр базы данных, ввод данных, который осуществляет при выполнении программы тестирования.

Исследование проводится монокулярно, в очках для чтения, корригирующих пресбиопию соответственно возрасту и рефракции испытуемого при нормальной ширине зрачка.

Предлагаемое устройство позволяет измерять истинные значения яркости как в ходе предварительной калибровки при включении устройства, так и в течение всего времени работы, с целью внесения изменений в тестовое изображение, предъявляемое пациенту.

Важно отметить, что предлагаемое техническое решение, включающее коррекцию яркости предъявляемых тестовых изображений, позволяет проводить диагностику глаукомы с повышенной точностью, так как однозначно фиксирует реакцию пациента, отображаемую на экране монитора врача в виде таблицы, с результатами показаний зрительного восприятия пациента, в измерительных квадратах.

Причем данный эффект наиболее ярко выражен на частотах 22-23 Гц. Возникновением этой иллюзии физиологически обусловлена деятельность магно-системы зрительно-нервного пути, и нейроны магно-системы как наиболее крупные при глаукоме страдают первыми.

1. Способ скрининговой диагностики глаукомы, включающий фиксацию взгляда проверяемого глаза на светящейся точке, предъявление тестовых изображений на экране монитора компьютера, сформированных вокруг светящейся точки в виде равных квадратов с общим углом зрения 40 градусов по вертикали, с углом зрения каждого квадрата 10° х 10°, в каждом квадрате без повторения высвечивают тестовое изображение в виде ахроматической синусоидальной черно-белой решетки с пространственной частотой 0,25 цикл/град в течение 20 секунд в каждом квадрате, с ориентацией полос решетки горизонтального либо вертикального направления, фиксирование врачом зрительного восприятия пациентом тестовых изображений, осуществление постоянства положения зрительной оси глаза на светящейся точке, нанесенной на экран монитора пациента, во всем процессе диагностики проверяемого глаза, отличающийся тем, что ахроматические тестовые изображения выполнены в виде двадцати равных квадратов, при этом квадраты нанесены вокруг точки фиксации взгляда с общим углом зрения 50 градусов по горизонтали, со смещением от точки фиксации взгляда 20 градусов внутрь и 30 градусов наружу, предъявляют тестовые изображения, переключаемые с частотой в диапазоне 22-30 Гц, увеличивая их контрастность от 0 до максимальной, и фиксируют в таблице, ячейки которой окрашены в цвета от зеленого до красного, отображают время реакции восприятия пациентом направленности полос в тестовом изображении, и при времени распознавания изображения свыше 10 секунд в одном из 20 предъявленных квадратов, либо времени, превышающем 2,5 секунды, в 8 из 20 предъявленных квадратов диагностируют глаукому.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что предпочтительно тестовое изображение переключают с частотой в диапазоне 22-23 Гц.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что осуществляют контроль постоянства положения зрительной оси глаза на точку фиксации взгляда, расположенную на экране монитора пациента, которая окрашена в зеленый цвет и выполнена с углом зрения 1 градус, с помощью дополнительной точки красного цвета такого же диаметра, которую устанавливают на экране монитора пациента в зоне проекции слепого пятна.

4. Устройство для осуществления скрининговой диагностики глаукомы, содержащее монитор пациента, отличающееся тем, что дополнительно содержит монитор врача, подключенный к блоку управления, фотоэлектрический преобразователь, изолированный от внешнего освещения путем размещения его в непрозрачном корпусе, внутри которого на задней стенке установлен монитор пациента, вне рабочего поля которого установлен фотоэлектрический преобразователь, соединенный с входом усилителя, выход которого соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с входом блока управления, выход которого соединен с монитором пациента, при этом на передней панели непрозрачного корпуса выполнено отверстие, в котором установлен окуляр пациента с собирающей линзой.