Введение к работе
Актуальность проблемы.
Глаз представляет собой биомеханическую систему, отвечающую общим законам структурно-функционального взаимодействия. В условиях нормальной физиологии система сохраняет сложившееся равновесие сил и механических напряжений, поддерживает свой биомеханический статус. Такое состояние биомеханики глаза в принципе могло бы характеризоваться серией величин по конкретному спектру параметров, отражающему специфику строения и функций органа зрения, однако из-за отсутствия возможностей клинической оценки абсолютных значений каждого параметра эта весьма ценная диагностическая информация пока остается недоступной.
Вместе с тем известно, что целый ряд заболеваний глаз, нередко различных по происхождению, и, конечно же, травмы сопровождаются неизбежным нарушением структурно-функциональных связей. В результате происходят биомеханические сдвиги,и устойчивые для варианта нормы характеристики изменяются. Не вызывает сомнений и другой факт, что чаще манифестные симптомы патологии проявляются уже в поздних стадиях. Им, естественно, будут соответствовать уже существенные биомеханические нарушения, которые изменялись от исходного состояния параллельно с динамикой основного процесса. Поэтому диапазон и значимость выявленных на момент исследования отклонений от нормы могут быть весьма различными: в одних случаях нарушения биомеханики отражают уже состоявшиеся патогномоничные проявления той или иной патологии, в других -представляются наиболее ранними и часто единственными симптомами развивающегося на субклиническом уровне процесса, в третьих - вообще предопределяют тенденцию и характер дальнейших изменений. К примеру, констатируемые грубые биомеханические сдвиги при выраженном экзофтальме имеют лишь непосредственную диагностическую ценность: растущая в глазнице опухоль преодолевает барьер компенсаторных возможностей системы и в конечном итоге приводит
к "поломке" связующих звеньев - глазное яблоко выдавливается наружу. И совсем другое клиническое значение приобретает своевременное выявление опухолевого роста еще на этапе перераспределения механических напряжений в глазу.
Для измерения механических напряжений в технической сфере широко применяется так называемый "метод фотоупругости". Под ним понимают поляризационно-оптические исследования напряжений в прозрачных структурах или на моделях из оптически чувствительных материалов. Метод позволяет изучать прочностные и упругие характеристики в различных инженерных конструкциях, деталях машин, корпусах и дает картину распределения напряжений в исследуемом поле. С его помощью решаются не только статические, но и динамические задачи, будь то растяжения, изгибы или сжатия, например, при деформациях.
Проведенные физиком-оптиком F. Zandman в 1966 году исследования показали, что роговица, выполняющая, как известно, вместе со склерой каркасную функцию, обладает фотоупругими свойствами. Это значит, что ряд характеристик роговицы определяется действующими в ней внутренними натяжениями, а чувствительным маркером имеющихся механических напряжений являются визуализируемые в специальных условиях оптические эффекты поляризованного света. Поэтому исследование фотоупругости роговицы, являющееся адекватным по своей сути и диагностически значимым в изучении биомеханики каркаса глаза, также отвечает аналогичным потребностям офтальмологов. Интегральным результатом изменений в биомеханической системе глаза становится перераспределение напряжений в силовых полях по контуру фиброзной капсулы глазного яблока, в том числе и роговицы, и естественно, таким образом, стремление обнаружить возникающие в ней отклонения.
Известны отдельные исследования, в которых изучению биомеханики глаза отводилась существенная роль, в частности по реф-рактогенезу (Аветисов Э.С., 1986), расчету моделей операций на роговице (Ивашина А.И. с соавт., 1983-1988; Аветисов С.Э. с соавт., 1988-1993), при разработке основ вакуум-компрессионно-периметрической
пробы (Волков В.В. с соавт., 1980), по механике интраокулярных линз (Федоров С.Н. с соавт., 1986) и др. Однако биомеханические аспекты в этих исследованиях ограничивались, как правило, решением частных и узко специальных научных задач, в основном только в условиях эксперимента.
Следует отметить также, что до настоящего времени без решения остается целый ряд вопросов. Чем вызваны каркасные деформации в глазу, какими факторами определяется специфика распределения напряжений в роговице? Является ли последняя составной частью единого поля напряжений по контуру глазного яблока, всей биомеханической системы в целом? Нет ли возможности иметь интегральный клинический показатель биомеханики глаза в норме (эталон) и создать технологию, позволяющую давать объективную оценку этому показателю, фиксировать и хранить полученную информацию, а при необходимости - сравнивать в динамике? Ограничивается ли применение такой технологии только режимом сравнительного анализа с эталонной нормой или за выявленными отклонениями можно узнать специфику той или иной патологии? Какова чувствительность методики таких исследований?
Таким образом, целое направление весьма ценной диагностической информации по биомеханике глаза в норме и при патологии (на основе фотоупругости роговицы) остается до сих пор мало изученным, а поиск подходов к клинической оценке интегрального биомеханического показателя представляется весьма актуальным.
Цель настоящей работы:
обоснование, разработка способа исследования и клиническое изучение дифференциально-диагностической и прогностической значимости фотоупругости роговицы в норме и при патологии глаз.
Основные задачи исследования.
1. Теоретически обосновать возможность исследования глаза, в эксперименте и при математическом моделировании установить при-
роду, механизмы и основные факторы формирования фотоупругости роговицы.
-
Разработать способ и оснащение для визуализации механических напряжений в роговице.
-
Описать эталонную картину роговичной интерференции.
-
Установить изменения и выявить диагностические возможности фотоупругости роговицы при патологии глаз.
-
Определить клиническую значимость фотоупругости роговицы в интраоперационном контроле за биомеханикой глаза.
6.Объективизировать и оптимизировать способ клинической оценки фотоупругости роговицы, разработав на основе иконики автоматизированный диагностический комплекс и принципы программного обеспечения к нему.
7. Подготовить атлас феноменологических моделей роговичной интерференции при патологии глаз.
Научная новизна.
В настоящей работе впервые рассмотрен весь комплекс вопросов по фотоупругости роговицы в интересах клинической оценки биомеханики глаза.
Обоснован выбор поляризационно оптического метода и объекта непосредственного исследования - роговицы - для интегральной оценки механических напряжений по контуру глазного яблока. Изучены закономерности интерференции поляризованного света в роговице, механизмы и факторы, определяющие ее каркасную функцию и напряженно-деформированное состояние, корреляционные связи с биомеханикой глазного яблока. На основе комплексного подхода (эксперимент, математическое моделирование, клинические исследования) показано, что картина интерференции может служить единым интегральным показателем состояния биомеханической системы глаза в целом. По законам иконики дано описание эталонной картины для условной нормы по возрастным группам. На основе сравнения с эталоном предложены феноменологические модели картины интерференции, возникающей при различных видах патологии, выделены
информативные элементы узора из полос изохром и изоклин. Показана корреляционная связь фотоупругости роговицы с другими клиническими параметрами глаза. Сформулированы принципы клинической интерпретации этого объективного показателя и построения диагностических, алгоритмов. Проведена оценка специфичности и чувствительности используемого метода для различных видов патологии, в том числе с дифференциально-диагностической и прогностической целью, а также при выполнении хирургических вмешательств. Предложены принципы автоматизированной обработки изображений, позволяющие компьютеризировать исследование, объективизировать и повысить его чувствительность, а также разработать программное обеспечение к нему.
Практическая ценность результатов работы и их реализация.
Впервые разработан способ и оснащение к нему для определения фотоупругости роговицы в норме и при патологии глаз, что может быть использовано для дифференциальной диагностики и ин-траоперационного контроля в широкой офтальмологической практике. Способ исследования применим как в скрининговом режиме по принципу отличия от эталонной нормы, так и в режиме идентификации по атласу феноменологических моделей.
Применение созданных насадок к операционному микроскопу позволяет в ходе операции контролировать состояние не только биомеханического каркаса самой роговицы, но и всего глазного яблока.
Разработанный опытный экземпляр автоматизированного диагностического комплекса используется в практической работе. Подготовлен пакет документов на его промышленное производство.
Создан диагностический атлас феноменологических моделей, что позволяет практическим офтальмологам давать клиническую интерпретацию наблюдаемой роговичной интерференции.
г*
Основпые положения диссертации, выносимые на защиту.
-
Фотоупругость роговицы является проявлением биомеханического статуса глаза и может характеризоваться определенными количественными показателями.
-
Разработанный способ определения фотоупругости роговицы результативен в клинических исследованиях.
-
Установленный эталон картины роговичной интерференции здорового глаза устойчив и может служить основой дифференциальной диагностики.
-
Фотоупругость роговицы имеет характерные изменения при различных видах патологии глаз.
-
Способ интраоперационного наблюдения за фотоупругостью роговицы позволяет контролировать биомеханический статус глаза.
-
Разработанный на основе иконики автоматизированный комплекс повышает диагностические возможности способа.
-
Созданный диагностический атлас содержит основную информацию по фотоупругости роговицы в норме и при патологии глаз.
Апробация работы.
Основные положения диссертации и результаты исследований представлялись на VI симпозиуме Международного общества по метаболическим заболеваниям глаза (Москва, 1984), Республиканской зональной научно-практической конференции (Москва, 1986), научной конференции "Огнестрельная травма органа зрения" (Ленинград, 1989), 9-м международном конгрессе по исследованию глаза ICER (Хельсинки, 1990), IV научно-практической конференции офтальмологов Молдовы (Кишинев, 1990), симпозиуме по обработке изображений в медицине (Калифорния, 1992), научной конференции "Боевые повреждения органа зрения" (Санкт-Петербург, 1993), международной конференции "Фотоупругость: новые технологии и подходы к обработке данных" (Лондон, 1993), на VI съезде офтальмологов России (Москва, 1994), II Европейском конгрессе по биомеханике (Генуя, 1994), научных конференциях "Актуальные вопросы клиники, диагностики и лечения" и "Актуальные проблемы детской офтальмологии" (Санкт-
Петербург, 1995), Европейской научно-исследовательской конференции по офтальмологии и зрению JERMOV (Франция, Монпелье, 1995), на заседании Ленинградского научного медицинского общества офтальмологов (1982, 1986, 1989), в монографии В.В. Волкова с соавт. "Глаукома, преглаукома, офтальмогипертензия" (1985), в учебно-методическом пособии 1992 года "Структурно-логические схемы дифференциальной диагностики глаукомы, преглаукомы, офтальмоги-пертензии" (Волков В.В., Журавлев А.И., Сухинина Л.Б.), в лекции для офтальмологов Санкт-Петербурга и области (1994), научной конференции ВУЗов РСФСР "Новее в диагностике и лечении глазных болезней" (Москва, 1983), межвузовских научных конференциях Ленинграда (Санкт-Петербурга) в 1983, 1990, 1991 и 1992 годах, на научных конференциях Военно-медицинской академии (1989, 1990, 1991, 1992, 1994, 1995), в отчетах по НИР (1995).
По теме диссертации опубликовано 16 научных работ, поданы две заявки на предполагаемое изобретение, имеется 11 рационализаторских предложений.
Диссертация изложена на 295 страницах машинописи. Состоит из введения, обзора литературы, пяти глав собственных исследований, заключения, выводов, практических рекомендаций, библиографического указателя и приложений. В библиографическом указателе 330 работы, из них 110 иностранных. Работа иллюстрирована 96 рисунками и 10 таблицами.
![Экспериментально-клиническое обоснование применения коолагеназы КК при травмах глаз и патологии слезоотводящих путей [Электронный ресурс]](/i/i/4247/203404.png "Экспериментально-клиническое обоснование применения коолагеназы КК при травмах глаз и патологии слезоотводящих путей [Электронный ресурс] Мунирова Лариса Нарбутовна")
