Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Разработка биотехнической системы транспальпебральной реоофтальмографии, обеспечивающей неинвазивное исследование гемодинамики переднего отдела глаза 14
1.1. Актуальность и социальная значимость разработки БТС 14
1.2. Анатомические особенности строения системы кровообращения зрительной системы 19
1.3. Анализ методов неинвазивной диагностики кровообращения глазного яблока 24
1.4. Методика реоофтальмографии 28
1.5. Биотехническая система исследования гемодинамики глаза с использованием транспальпебральной реоофтальмографии 35
1.6. Выводы к главе 1 39
Глава 2. Разработка математической электрофизической модели глаза для исследования гемодинамики переднего отдела глаза методом транспальпебральной реоофтальмографии 40
2.1. Цели и задачи исследований и разработок 40
2.2. Обзор математических моделей глазного яблока 41
2.3. Разработка математической электрофизической модели и требований к граничным условиям 42
2.4. Однослойная плоская математическая электрофизическая модель глаза 45
2.4.1. Граничные условия 45
2.4.2. Оценка глубины зондирования при РОГ исследовании 47
2.5. Двухслойная плоская математическая электрофизическая модель глаза для оценки влияния характеристик века на результаты исследований 48
2.6. Многослойная трехмерная математическая электрофизическая модель глаза 55
2.6.1. Граничные условия 55
2.6.2. Определение оптимальной геометрии электродной системы 60
2.6.3. Качественное сравнение тетраполярной транспальпебральной и биполярной прилимбарной методик РОГ 64
2.6.4. Оценка влияния погрешности установки электродов на результаты исследований 68
2.7. Информативные показатели кровообращения переднего отдела глаза 73
2.7.1. Анализ амплитудных показателей кровообращения 73
2.7.2. Параметризация многослойной модели глазного яблока 76
2.8. Выводы к главе 2 87
Глава 3. Разработка и реализация аппаратных, методических и программных средств для биотехнической системы ТП РОГ 89
3.1. Цели и задачи 89
3.2. Разработка конструктивного решения электродной системы для проведения реоофтальмографических исследований 89
3.3. Разработка электродной системы 93
3.3.1. Разработка конструкции трикотажного шлема 94
3.3.2. Разработка конструкции электродной системы 96
3.3.3. Разработка средств контроля усилия прижатия электродной системы к веку 100
3.4. Математическое программное обеспечение для анализа РОГ сигналов 107
3.5. Предварительные испытания разработанных аппаратно-программных средств 112
3.6. Анализ особенностей проведения исследования на закрытом веке, разработка методики проведения исследования 114
3.7. Выводы к главе 3 122
Глава 4. Исследование информативности ТП РОГ в задачах уточнения диагноза миопии и контроля эффективности проводимого лечения 123
4.1. Цели и задачи исследований 123
4.2. Методы и средства диагностики и лечения в проводимых исследованиях 124
4.3. Сравнение информативности ТП РОГ и метода ЦДК и УЗДГ для уточнения и постановки диагноза миопии 127
4.4. Исследование информативности ТП РОГ для миопии 132
4.4.1. Информативность ТП РОГ для дифференциальной диагностики миопии 132
4.4.2. Качественное сравнение с литературными источниками 138
4.4.3. Численные критерии ТП РОГ 139
4.5. Исследование возможностей ТП РОГ для оценки эффективности проводимого лечения пациентов с миопией 141
4.5.1. Применение ТП РОГ для оценки эффективности терапевтического лечения 142
4.5.2. Применение ТП РОГ для оценки эффективности хирургического лечения 149
4.6. Выводы к главе 4 151
Выводы и основные результаты работы 153
Список литературы 155
Приложения 166
- Анатомические особенности строения системы кровообращения зрительной системы
- Оценка влияния погрешности установки электродов на результаты исследований
- Анализ особенностей проведения исследования на закрытом веке, разработка методики проведения исследования
- Применение ТП РОГ для оценки эффективности терапевтического лечения
Введение к работе
Актуальность темы. Увеличение числа случаев патологий органа зрения и установления связанной с этим инвалидности обусловливает необходимость совершенствования методов и программно-аппаратных средств диагностики и терапии офтальмологических заболеваний. Одним из приоритетных направлений такого совершенствования является разработка технологий диагностики состояния различных отделов кровеносной системы глаза.
Применяемые в современной клинической практике методы позволяют оценить состояние отдельных сосудов ретробульбарного или заднего отделов глазного яблока, различные отделы сетчатки, но не позволяют комплексно оценить кровоток в сосудах, малых артериолах и прекапиллярах переднего отдела глаза, что имеет существенное значение для диагностики миопии, атеросклероза и ряда других заболеваний, как офтальмологического, так и системного характера.
Одним из методов, позволяющих исследовать гемодинамику переднего отдела глаза - разработанный в середине прошлого века метод реоофтальмографии. Его применение связано с проведением контактных измерений прилимбарно (на открытом глазе пациента), что обусловливает необходимость проведения двукратной анестезии, предварительного биометрического исследования глаза, а также повышенные риски инфицирования и травмирования глаза в процессе обследования. Кроме того, отсутствие специальных методов и алгоритмов обработки информации затрудняет поддержку принятия диагностических решений при проведении реоофтальмологических исследований, особенно у детей.
Приоритетным направлением устранения отмеченных недостатков
реоофтальмографии является проведение исследования гемодинамики
переднего отдела глаза транспальпебрально (через закрытое веко). Однако
специальное математическое и программное обеспечение таких исследований
с качеством, удовлетворяющим потребностям современной
офтальмологической практики, до начала исследований разработано не было.
Выполненная работа является продолжением исследований и
разработок программно-аппаратных средств диагностики патологий системы
кровообращения глаза, выполненных А.Я.Буниным (1990), К.Е.Котляром
(2006), Г.А.Дроздовой (2007), А.М.Шамшиновой (2010); реографии,
выполненных представителями зарубежных, советских и российских научных
школ (Polzer, 1950; Schuhfried, 1950; Jenker, 1957; Х.Х.Яруллин, 1967;
Ю.Е.Москаленко, 1970; Г.И.Эниня, 1973; А.И.Науменко, 1975;
В.В.Скотников, 1975; С.И.Щукин, 1988-2016 и др.) и реоофтальмографии, Л.А.Кацнельсон, 1966, 1990; В.И.Козлов, 1972; В.И.Лазаренко, 2000 и др.).
Однако возможность проведения реоофтальмографии транспальпебрально
(через веко) в известных отечественных и зарубежных образцах
реоофтальмографической аппаратуры отсутствует, что определяет
актуальность работы, которая состоит в разработке специального
математического, программного и аппаратного обеспечения
автоматизированного сбора и обработки информации при
транспальпебральных реоофтальмографических исследованиях.
Целью работы является обеспечение возможности исследования гемодинамики переднего отдела глаза с использованием неинвазивной методики транспальпебральной реоофтальмографии за счет разработки и реализации специального математического и программного обеспечения обработки информации.
Для достижения цели решены следующие задачи исследования:
-
Обоснована архитектура биотехнической системы транспальпебральной реоофтальмографии, обеспечивающая неинвазивное исследование гемодинамики переднего отдела глаза.
-
Разработана базовая математическая модель для исследования гемодинамики переднего отдела глаза на основе транспальпебральной реоофтальмографии.
-
Выполнено теоретико-экспериментальное обоснование информативных показателей состояния гемодинамики переднего отдела глаза для использования результатов транспальпебральной реоофтальмографии при диагностике офтальмологических заболеваний.
-
Разработаны и реализованы математические, программные и аппаратные средства для неинвазивного исследования системы кровообращения переднего отдела глаза и поддержки принятия решений при диагностике офтальмологических заболеваний.
Научная новизна работы. В диссертации получены следующие результаты, характеризующиеся научной новизной.
1. Архитектура проблемно-ориентированной биотехнической системы
реоофтальмографии, отличающаяся использованием тетраполярной системы
отведений при транспальпебральном (через веко) исследовании.
2. Математическая электрофизическая трехмерная модель глаза с
придаточным аппаратом, отличающаяся от ранее известных учетом
характеристик восьми слоев глазного яблока и двух слоев окружающих его
тканей.
3. Алгоритм расчета ударного объема кровообращения для переднего
отдела глаза с использованием тетраполярной реоофтальмографии.
Практическая значимость работы определяется тем, что
разработанное специальное математическое и программное обеспечение
обеспечивает возможность исследования гемодинамики переднего отдела
глаза с использованием неинвазивной методики транспальпебральной
реоофтальмографии, позволяя исключить необходимость двукратной
анестезии, существенно упростить процедуру исследования, проводить
исследования у пациентов в возрасте от 5 лет, оценивать абсолютные значения
ударного объема крови в переднем отделе глаза, позволяет проводить
дифференциальную диагностику с использованием полученной информации.
Методология и методы исследования. Для решения поставленных
задач использовались методы: теории биотехнических систем медицинского
назначения, математической статистики, теории управления, теории
линейных электрических цепей, математического моделирования.
Программное средство было разработано в среде Delphi 7.
Положения, выносимые на защиту:
1. Биотехническая система транспальпебральной реоофтальмографии,
обеспечивающая неинвазивное исследование гемодинамики переднего отдела
глаза, должна быть реализована в виде трикотажного шлема с корсажной
лентой, настраиваемой под любой обхват головы, и электродной системы,
расположенной на подложке анатомически оптимизированной формы и
использующей тетраполярную систему отведений.
2. Математическая электрофизическая трехмерная модель глазного
яблока и его придаточного аппарата, объединяющая восемь слоев глазного
яблока и два слоя окружающих его тканей с учетом геометрических
характеристик глаза и системы электродов, является базовой для исследования
гемодинамики переднего отдела глаза на основе транспальпебральной
реоофтальмографии.
3. Импедансный показатель, характеризующий величину и скорость
притока (оттока) крови в переднем отделе глаза с учетом артериального
давления, и ударный объем крови являются информативными показателями
состояния гемодинамики переднего отдела глаза по результатам
транспальпебральной реоофтальмографии.
Достоверность полученных результатов подтверждается
результатами проведенной апробации и верификации результатов
сотрудниками отдела патологии рефракции, бинокулярного зрения и офтальмоэргономики и отдела ультразвуковых исследований Московского НИИ глазных болезней им. Гельмгольца в группах пациентов общей численностью 116 человек.
Реализация результатов исследований. Разработанные аппаратно-программные средства и методические рекомендации исследования гемодинамики переднего отдела глаза на основе транспальпебральной реоофтальмографии внедрены в клиническую практику МНИИ глазных
болезней им. Гельмгольца (г. Москва) и в Частном Учреждении Здравоохранения «Медико-санитарная часть» (г. Астрахань).
Личный вклад автора: результаты получены автором лично, основными из них являются: разработка и реализация технических, математических и программных средств проблемно-ориентированной биотехнической системы, разработка математической модели глазного яблока и его придаточного аппарата, математическое описание сосудистых структур глаза, разработка алгоритма расчета ударного объема крови переднего отдела глаза, статистическая обработка результатов измерений и экспертной информации, полученной в ходе исследований.
Апробация результатов. Результаты диссертационной работы
докладывались и обсуждались на международной научной конференции
«МЕТРОМЕД-2011» (Санкт-Петербург, 2011), на 6-м Российском
общенациональном офтальмологическом форуме (Москва, 2013), на 7-м Российском общенациональном офтальмологическом форуме (Москва, 2014), на 7-й всероссийской конференции «Биомеханика» (Пермь, 2014), на конференции «Инновационные технологии в офтальмологической практике регионов» (Астрахань, 2014), на 10-м съезде офтальмологов России (Москва, 2015), на 11-м Всероссийском съезде по фундаментальным проблемам теоретической и прикладной механики (Казань, 2015), на 8-м Российском общенациональном офтальмологическом форуме (Москва, 2015), на 9-м Российском общенациональном офтальмологическом форуме (Москва, 2016), на 18-ой научно-технической конференции «МЕДТЕХ–2016» (Москва, 2016), на конференции «European Medical and Biological Engineering Conference (EMBEC) and the Nordic-Baltic Conference on Biomedical Engineering and Medical Physics (NBC) 2017» (Тампере, 2017).
По результатам исследования опубликованы 19 научных работ, 11 из которых – в изданиях, рекомендованных ВАК при Минобрнауки России, получены 2 патента на полезные модели.
Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ №13-08-01079 «Разработка и исследование неинвазивного метода диагностики кровотока глаза с использованием тетраполярной импедансной плетизмографии» и гранта РФФИ № 15-08-99682 «Разработка и исследование метода терапевтического воздействия на гемодинамику глаза с одновременной оценкой эффективности по показателям глазного кровотока».
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов и приложений.
Основное содержание работы изложено на 173 страницах, содержит 94 рисунка, 11 таблиц; список литературы включает 105 источников, из них 22 зарубежных.
Анатомические особенности строения системы кровообращения зрительной системы
Зрительная система человека представляет собой сложный комплекс, состоящий из более чем 40 различных структурных элементов, каждый из которых необходим для нормального функционирования органа зрения.
Основным элементом зрительной системы является глазное яблоко, форма которого близка к правильной сфере. Диаметр глаза во фронтальном сечении в среднем равен 23-24 мм, при этом переднезадний размер, как правило, несколько больше (на 1-2 мм), чем вертикальный или горизонтальный. Следует отметить, что рост глазного яблока после 5-7 лет практически останавливается, в этом возрасте его диаметр лишь на 0,5 мм меньше, чем глаз взрослого. Масса глаза составляет примерно 7 г.
Глазное яблоко состоит из трех оболочек, которые окружают внутренние оптически прозрачные структуры — хрусталик, водянистую влагу в передней и задней камерах (стекловидное тело).
Наружная фиброзная оболочка, обеспечивающая защитную функцию глазного яблока, состоит из передней прозрачной части — роговицы, и задней непрозрачной части белесоватого цвета — склеры. Роговица имеет вид выпукло- вогнутой линзы, обращённой вогнутой частью назад. Диаметр роговицы является почти абсолютной константой и составляет 10±0,56 мм. Толщина роговицы в центральной части 0,52..0,60 мм, по краям — 1,0..1,2 мм. Радиус кривизны роговицы составляет около 7,8 мм. Склера имеет среднюю толщину от 0,3 до 1,0 миллиметра, более толстая в области заднего полюса (см. Рисунок 1.3).
Рецепторная часть зрительного анализатора (внутренняя оболочка) — сетчатка, отвечает непосредственно за восприятие света, биохимические превращения зрительных пигментов, изменение электрических свойств нейронов и передачу информации в центральную нервную систему.
Средняя, или сосудистая, оболочка глазного яблока, играет важную роль в обменных процессах, обеспечивая питание глаза и выведение продуктов обмена. Она образована радужкой, цилиарным телом и собственно сосудистой оболочкой. В центре радужки имеется круглое отверстие — зрачок, через которое лучи света проникают внутрь глазного яблока и достигают сетчатки.
Глазное яблоко располагается внутри глазницы, образованной различными костями черепа. Объем глазницы составляет в среднем 30мл, из них около 6,5мл приходится на глазное яблоко, остальной объем приходится на глазодвигательные мышцы и жировую ткань (см. Рисунок 1.4).
Кровоснабжение глазного яблока осуществляется посредством глазной артерии, являющейся ветвью внутренней сонной артерии. Глазная артерия внутри глазницы имеет несколько ответвлений, питающие различные отделы зрительной системы. Центральная артерия сетчатки и цилиарные артерии образуют в глазу две совершенно отдельные системы сосудов. Система центральной артерии сетчатки отходит от глазной артерии и на расстоянии 10-12 мм от глазного яблока входит в зрительный нерв и далее вместе с ним в глазное яблоко, где разделяется на ветви, питающие мозговой слой сетчатки.
Задние цилиарные артерии, отойдя от глазной артерии, подходят к заднему отрезку глазного яблока и, пройдя склеру в окружности зрительного нерва, распределяются в сосудистом тракте. Передние цилиарные артерии перед
проникновением внутрь глазного яблока разделяются на ряд ветвей, которые образуют вокруг роговицы краевую петлистую сеть. Передние цилиарные артерии делятся на ветви, которые снабжают конъюнктиву [73].
Отток крови совершается отчасти по венам, которые сопровождают артерии, главным же образом - через венозные пути, выделяющиеся в отдельные системы. Большая часть крови глаза и глазницы идет назад, в систему мозговых синусов, меньшая - вперед, в систему вен лица. Орбитальные вены широко анастомозируют с венами лица, носовой полости, решетчатой пазухи (см. Рисунок).
Кровоснабжение век осуществляется за счет наружных ветвей, слезной артерии и внутренних ветвей, передней решетчатой артерии. Эти сосуды анастомозируют между собой и образуют между свободным краем век и хрящеподобной пластинкой артериальные тарзальные дуги. Вдоль противоположного края хряща верхнего, а иногда и нижнего века расположена еще одна артериальная дуга. От этих сосудистых дуг отходят веточки артерий к конъюнктиве век (см. Рисунок 1.6). Отток крови происходит по одноименным венам и далее в вены лица и глазницы.
Кровоснабжение конъюнктивы обеспечивается ветвями латеральных и медиальных артерий век, веточками краевых артерий дуг век, из которых образуются задние конъюнктивальные сосуды, а также ветвями передних ресничных артерий, дающими передние конъюнктивальные сосуды.
Передние и задние артерии широко анастомозируют, особенно в области конъюнктивы свода. Благодаря обильным анастомозам, создающим наружную и глубокую сосудистые сети, нарушенное питание конъюнктивы быстро восстанавливается. Отток крови от конъюнктивы происходит по лицевым и передним ресничным венам.
Следует отметить важную особенность ауторегуляции основных бассейнов глазного яблока, которая осуществляется в ряде случаев изменением просвета сосудов. Анализ этих и других изменений параметров гемодинамики и состояния сосудистого русла представляет интерес для диагностики патологических процессов, которые могут протекать в глазном яблоке. Для этих целей существует обширный спектр диагностических средств. Поскольку при проведении исследования важно минимизировать воздействие на организм, то особый интерес представляют неинвазивные методы диагностики.
Оценка влияния погрешности установки электродов на результаты исследований
При проведении диагностики немаловажным фактором является точность позиционирования электродов, помимо этого в предложенной методике исследования на регистрируемые сигналы влияет толщина века, а также глубина установки электродов, т.е. глубина на которую погружаются электроды в результате вдавливания их в веко.
Для исследования влияния толщины века на прохождение тока через него, модель модифицировалась в части уменьшения толщины века, положение электродов корректировалось соответствующим образом. Отдельно рассматривался случай различной глубины установки электродов (см. Рисунок 2.23).
Согласно литературным источникам, а также результатам, полученным в работе на пяти измерениях у реальных пациентов при помощи ультразвукового А-скана, толщина века составляет в среднем 2,3 мм. Изначально в модели толщина века составляет 2,3 мм, шаг для изменения толщины был выбран равным 0,2 мм. Расчет показал, что на первом шаге, когда толщина века составляет 2,1 мм, плотность тока почти во всех тканях увеличилась всего на 0,8-0,9% (для века она уменьшилась). Таким образом, поскольку толщина века у разных пациентов может отличаться в пределах единиц десятых долей миллиметра, это вносит погрешность не более 1% (см. Рисунок 2.24).
Помимо антропометрических особенностей века на толщину его влияет установка системы электродов, поскольку она сдавливает веко. Расчет этого варианта предполагает ряд допущений:
- при сдавливании века его плотность не меняется;
- электрические характеристики тканей не изменяются;
- сдавливание под электродом происходит равномерно.
При моделировании было рассмотрено два процесса, которые возникают при установке электродов: первое - анатомическое уменьшение толщины века; второе - погружение электродов в веко.
Вышеприведенный график изменения толщины века показывает, что при уменьшении толщины века плотность тока в тканях (за исключением века) растет. Моделирование глубины расположения электродов показало противоположную картину: при углублении электродов плотность тока падает (см. Рисунок 2.25).
Таким образом, поскольку при наложении ЭС будут наблюдаться оба процесса, то они будут компенсировать друг друга. В реальных условиях, соотношение между изменением толщины века и глубиной положения электродов будет отличаться, но различие в показателях плотности тока не будет отличаться более чем на 1%.
В ходе исследований с использованием разработанных аппаратно-программных средств было выявлено, что в клинических условиях погрешность установки электродов составляет не более 1 мм относительно рассчитанного по численной модели расположения ЭС. Для проведения таких испытаний группе добровольцев устанавливалась электродная система с электродами, окрашенными медицинским карандашом (см. Рисунок 2.26).
На многослойной численной модели были рассмотрены возможные варианты смещения ЭС относительно принятого положения (см. Рисунок 2.27).
Были рассмотрены случаи смещения электродов:
- в сторону вдоль линии расположения; -параллельно линии расположения;
- поворот ЭС относительно крайнего электрода.
Линейные смещения моделировались с шагом 0,5 мм. Для анализа влияния поворота шаг для моделирования был выбран равным углу в 2 градуса, такое значение выбрано расчетом, чтобы линейное смещение электрода, который расположен с противоположной стороны от неподвижного электрода, составляло бы 0,5 мм.
Моделирование линейных смещений показало, что наиболее существенное влияние оказывает смещение вдоль оси расположения электродов (см. Таблица 3).
Смещение на 1 мм относительно принятого положения вызывает уменьшение плотности тока на 1%, аналогичное изменение плотности тока при смещении «поперек» наблюдается при смещении более 2 мм.
Наименьшее влияние в рамках разработанной модели оказывает поворот ЭС относительно крайнего электрода, 1% изменение плотности тока наблюдается при смещении более чем на 6 градусов (линейное смещение крайнего электрода - 3 мм) (см. Рисунок 2.28).
Поскольку в реальной клинической практике погрешность установки ЭС составляет не более 1 мм, то согласно расчетам, это будет вызывать изменение плотности тока в сосудистом слое не более 1%.
Таким образом, требуемую точность позиционирования ЭС можно установить на уровне ±1,5 мм.
Анализ особенностей проведения исследования на закрытом веке, разработка методики проведения исследования
Для качественной регистрации любого физиологического сигнала необходимо выполнение ряда требований, которые максимально стандартизируют условия проведения исследования и максимально приближают их к условиям, близким к физиологическим.
Ввиду этого, на основе анализа особенностей регистрируемых сигналов и физиологических реакций организма необходимо разработать методику проведения транспальпебральной реоофтальмографии, которая будет проводиться в условиях наиболее близких к физиологическим и обладать наибольшей информативностью.
В ранее используемой прилимбарной методике реоофтальмографии процедура регистрации сигнала проводилась в положении испытуемого лежа. Это позволяло не только избежать ортостатических эффектов, но и упростить процедуру наложения электродной системы. В проведенных исследованиях запись сигналов проводилась так же в положении лежа. Перед наложением электродной системы выдерживалось до двух минут для стабилизации артериального давления и смягчения ортостатического эффекта, связанного с изменением положения тела в пространстве.
Как и в любой диагностической системе, качество регистрируемых сигналов в первую очередь зависит от корректного места установки электродов. Оптимальное положение электродной системы было определено в главе 2, а рекомендуемая точность наложения электродной системы относительно рассчитанного положения составляет ±1,5 мм. При диагностике пары электродов располагаются попарно симметрично относительно переднезадней оси глазного яблока вдоль глазной щели на закрытое веко (см. Рисунок 3.21).
Ориентиром при наложении электродной системы служит небольшой бугорок на закрытом веке, обусловленный выпуклостью роговицы. Пары электродов необходимо расположить симметрично от него слева и справа вдоль глазной щели чуть выше хряща верхнего века.
В ходе испытаний был разработан оптимальный алгоритм установки ЭС на веко при ТП РОГ исследовании, который включает в себя следующие шаги:
- расположение ЭС под углом около 60 к горизонтали в области нижнего века (предварительная установка);
- центрирование пар электродов относительно переднезадней оси глаза, электроды должны быть установлены в соответствии с рассчитанным положением;
- не отрывая электродной системы от нижнего века, наложение ЭС полностью на глаз (см. Рисунок 3.22);
- обхват головы посредством шлейфа шлема проводится от мочки уха (шлейф не должен ложиться на саму мочку уха) до середины лба таким образом, чтобы шлейф проходил над центром глаза или был сдвинут к переносице на 3-5 мм (см. Рисунок 3.23).
Зрительная система является достаточно чувствительной, и установка какого-либо инородного тела либо на сам глаз (как в классической методике), либо на веко не является естественным, поэтому ткани глаза век могут испытывать некоторое перенапряжение. Предварительные испытания показали, что при использовании конструкции электродной системы, учитывающей анатомические особенности лица, процедура РОГ исследования не оказывает существенного дискомфорта обследуемому.
Наибольшие сложности для регистрации сигнала РОГ представляют нормальное физиологическое поведение глаза - моргание и непроизвольные движения глаз в случае, если они закрыты.
Экспериментальные результаты, полученные при анализе сигналов у группы из 30 пациентов показывают, что, например, при амплитуде РОГ-волны в 40 мОм, амплитуда помехи, связанные с движением глаза может составлять от 20 до 150 мОм (см. Рисунок 3.24, а), а амплитуда артефактов, связанных с морганием может превышать амплитуду полезного сигнала на 1-2 порядка и составлять более 500 мОм (см. Рисунок 3.24,б). Это сильно усложняет автоматизированное выделение реографической волны из общего сигнала.
Частота возникновения артефактов, связанных с морганием в первую минуту исследования для неподготовленного пациента в среднем составляет пять раз в минуту, при дальнейшем проведении исследования частота непроизвольного моргания учащается и при проведении исследования более трех минут частота появления артефакта увеличивается до 30 и более раз в минуту. Количество артефактов от движения глаз, вызванные изменением направления взгляда в первую минуту в среднем достигает 10 раз в минуту, а при исследовании более трех минут - 60 раз в минуту (см. Таблица 7).
Следует отметить, что эти сигналы получены на детской и подростковой возрастных группах, чем старше обследуемый, тем стабильнее регистрируемые сигналы, что предположительно связано с психоэмоциональными особенностями возраста исследуемой группы.
Для того, чтобы исключить непроизвольные движения глаз, было предложено регистрировать сигналы в условиях, когда второй глаз, будучи свободным от исследования, остается открытым (см. Рисунок 3.25).
Количество возникновения / мин (длительность исследования) 5 ( 1мин) 30( 3мин) 10 ( 1мин) 60( 3мин)
Испытуемым предлагалось после наложения электродной системы на глаз открыть второй глаз и сфокусироваться на одной точке перед собой. Существенных сложностей для испытуемых в таком способе регистрации не было. Это позволило значительно снизить количество вышеуказанных артефактов. Испытуемых просили воздерживаться от моргания, это позволяло зарегистрировать более продолжительный сигнал без артефактов и сократить тем самым продолжительность всей процедуры.
В конечном итоге, процедуру регистрации стали проводить по следующему алгоритму (см. Рисунок 3.26):
-на пациента надевается трикотажный шлем;
-пациент принимает положение лежа и закрывает оба глаза, перед следующим этапом пациент находится в таком положении не менее двух минут для уменьшения ортостатических эффектов;
-на электроды ЭС наносится электропроводный гель,
- ЭС накладывается на один глаз и фиксируется посредством трикотажного шлема;
- проводится контроль качества наложения электродной системы;
- пациент открывает второй глаз и фиксирует взгляд на одной точке чуть ниже направления прямого взгляда;
- производится регистрация сигнала РОГ в течение одной-полутора минут;
- по окончании регистрации процедура диагностики повторяется на другом глазу.
В случае некорректной установки ЭС, т.е. при ненадлежащем качестве сигнала или значения базового импеданса, ЭС снимается полностью, проводится удаление электропроводного геля. После этого процедура установки проводится заново.
Для облегчения фиксирования взгляда перед пациентом помещается изображение-мишень, на которой он может сфокусироваться в течение проведения исследования. В случае отсутствия точки фокусировки взгляда количество артефактов, связанных с непроизвольными движениями глаз, остается неизменным.
Эмпирически было получено, что оптимальным направлением взгляда является угол 45 относительно горизонтальной плоскости (см. Рисунок 3.27), это способствует тому, что веко открытого глаза оказывается полуприкрытым, что облегчает испытуемому задачу держать второй глаз закрытым.
Предложенная методика позволила существенно снизить количество артефактов. Для того, чтобы не вызвать преждевременного слезотечения, в области прямого и периферического зрения при проведении исследования у испытуемого не должно быть источников света. Т.е. общее освещение помещения должно быть выключено.
Применение ТП РОГ для оценки эффективности терапевтического лечения
В случае постановки диагноза миопии тактика лечения определяется преимущественно уровнем рефракции и скоростью её ухудшения (см. Рисунок 4.9). При миопии слабой или средней степени, а также в случае непрогрессирующей миопии высокой степени назначается терапевтическое лечение. Длительность курса составляет одну неделю, в отдельных случаях назначается двух недельный курс.
Курс терапии в зависимости от показаний включает в себя комбинацию нескольких методик, каждая из которых направлена на стимуляцию или тренировку определенных структур глаза. Для закрепления эффекта проводимого лечения, как правило, курсы назначаются с периодичностью раз в полгода. В отделении физиотерапии отдела патологии рефракции, бинокулярного зрения и офтальмоэргономики Московского НИИ глазных болезней им. Гельмгольца применяются такие аппараты как МАКДЕЛ-00.00.09, реализующий методику лазеротерапии, офтальмомиотренажер-релаксатор «ВИЗОТРОНИК», позволяющий проводить тренировку мышечного аппарата рефракционной системы глаза, а так же аппаратура для проведения рефлексотерапии, оказывающая системное воздействие на организм пациента и, как следствие, на систему кровообращения (см. раздел 4.2).
Пациенты, которым назначалось лечение на вышеуказанных аппаратах, отбирались для проведения диагностической процедуры транспальпебральной реоофтальмографии.
Общая длительность одного проводимого сеанса с учетом проведения ТП РОГ не более 30 минут, очередность проводимых терапевтических процедур строго не регламентирована, но в большинстве случаев рефлексотерапия проводится последней. Поскольку методика реоофтальмографии не занимает много времени, то её использование в течение сеанса терапии не оказывало существенного влияния на привычный алгоритм работы сотрудников отделения.
Для анализа эффективности проводимого лечения в рамках описанных ранее исследований ТП реоофтальмография проводилась в первый день лечения до процедур и после процедур, а также в последний день до процедур (см. Рисунок 4.10). Такой подход позволил оценить изменения показателей кровотока, которые возникают только за счет одного сеанса терапии и за счет всего курса терапии.
В качестве статистического метода оценки эффективности лечения использовался критерий Уилкоксона, который является непараметрическим аналогом парного критерия Стьюдента. Для групп более 20 считается, что распределение достаточно близко к нормальному со средним \iw = 0 и стандартным отклонением
Исходя из этого, с учетом поправки Йейтса на непрерывность, используют следующую формулу:
Для оценки определение эффективности отдельно взятого терапевтического воздействия проводилась регистрации сигнала РОГ в один и тот же день до и после процедур (см. Рисунок 4.11).
При рассмотрении общей эффективности проводимых сеансов статистическими методами по непараметрическому критерию Уилкоксона критическое значение для реографического индекса составило W=1,332. Это означает, что эффективность курса терапии статистически значима при уровне значимости 20% для РИ. Аналогичный расчет для ударного объема крови показал W= 0,787, что означает статистически значимые различия при уровне значимости 50%, что означает низку информативность для оценки эффективности терапевтического лечения. Изменение других показателей не являлось статистически значимым.
Полученные результаты показывают, что в большинстве случаев, РИ после одного сеанса терапии поднимается до уровня, близкого к РИ группы контроля, а в ряде случаев даже превышает его. Однако, уже к следующему сеансу он снова падает до значений, близких к изначальным.
В ходе курса терапии изменение РИ составило в среднем на +15%, в отдельных случаях РИ повышался на 46% (см. Рисунок 4.12). Среднее значение РИ составило 57,70±15,60 мОм. Среднее значение УОК - 2,17±0,75 мл, в конце курса повышался в среднем на 5%
В группе с диагнозом миопия слабой степени было обследовано 32 человека, проанализировано124 записи РОГ. Среднее значение РИ составило 48,29±23,39. После курса терапии РИ увеличивался в среднем на 23% (см. Рисунок 4.13). Среднее значение УОК - 1,68±0,75, в среднем увеличивался на 10%.
В группе с диагнозом миопия средней степени обследовано 23 человека, проанализировано 84 записи РОГ. Среднее значение РИ составило 43,31±19,62. После курса терапии он увеличивался в среднем на 65%, а после одного сеанса терапии на 92%. Средний УОК - 1,61±0,73, в среднем увеличивался на 12%.
У 5 пациентов с миопией высокой степени среднее значение РИ составило 37,68±17,13. По результатам проведенного лечения РИ в среднем возрастал на 70%, а в ходе одного сеанса на 105% (см. Рисунок 4.14). Средний УОК 1,47±0,79, в среднем увеличивался на 15%.
В результате проведенных исследований установлено, что у пациентов с изначально более высокими значениями миопии и меньшим возрастом положительный эффект от лечения, по результатам анализа сигналов РОГ, наступает быстрее (см. Таблица 13).
Тенденция к некоторому снижению других показателей, таких как период максимального наполнения и показатель упругости, наблюдающаяся при росте миопической рефракции, может быть связана с явлениями спазма сосудов и небольшими нарушениями сосудистой стенки, однако это предположение требует дальнейшего изучения.
В настоящей работе была проанализирована гистограмма изменения РИ (см. Рисунок 4.15) в ходе сеансов терапии. Распределение близко к нормальному со средним 8,1 и стандартным отклонением 31,0. Большой разброс обусловлен тем, что в ходе одного сеанса терапии разным пациентам назначались различные методы терапевтического воздействия в различных комбинациях. Достаточно низкое среднее значение объясняется тем, что в ряде случаев, когда пациенту было показано лечение методом рефлексотерапии, наблюдались как случаи увеличения кровотока, так и его уменьшения. Среди пациентов, которым рефлексотерапия не проводилась, таких эффектов не наблюдалось.
Тем не менее, в ходе нескольких сеансов (5 или 10) у пациентов эффект от функционального лечения становится стабильным, величина его так же коррелирует со степенью миопии. Для поддержания терапевтического эффекта курсы терапии проводят повторно через 6 месяцев.
Комбинирование методов, стимулирующих различные отделы зрительной системы, в том числе комплексное воздействие на организм (рефлексотерапия), позволяет добиться ощутимых результатов в лечении миопии слабой и средней степеней, однако применение рефлексотерапии должно контролироваться. Улучшение показателей рефракции после терапии, как правило, носит временный характер, поэтому курсы терапии рекомендуют проходить раз в полгода.