PL226900B1 - Tonometr isposób bezkontaktowego pomiaru własciwosci oka - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest tonometr i sposób bezkontaktowego pomiaru właściwości oka, w szczególności ciśnienia oraz lepkosprężystości rogówki.

Z patentu europejskiego nr EP 2 092 877 B1 znane jest urządzenie do detekcji histerezy rogówki oka. Posiada pompkę powietrza sterowaną ze sterownika, która wytwarza impuls ciśnienia, kierowany poprzez przewód i dyszę na rogówkę oka pacjenta, zaś na wysokości dyszy znajduje się układ kontroli pozycji i pomiaru w postaci diody oświetlającej i fotodetektora, przy czym w przewodzie umieszczony jest czujnik ciśnienia, z którego sygnał przez filtr jest kierowany do przetwornika analogowo-cyfrowego, a następnie do mikroprocesora, a ponadto sygnał z fotodetektora przez drugi filtr jest kierowany do drugiego przetwornika analogowo-cyfrowego, a następnie do mikroprocesora.

Z tego samego patentu znany jest również sposób wyznaczania parametrów oka, który polega na tym, że za pomocą układu kontroli pozycji i pomiaru bada się wielkość sygnału świetlnego, zmieniającego się w czasie trwania i pod wpływem impulsu powietrza, po czym dla chwil wystąpienia aplanacji rogówki odczytuje się odpowiadające tym chwilom wartości ciśnienia powietrza, a następnie w mikroprocesorze wyznacza się ciśnienie w oku jako średnią arytmetyczną ciśnień w momentach aplanacji oraz histerezę jako różnicę wartości tychże ciśnień.

Problemem technicznym jest wyznaczenie dokładnych chwil aplanacji rogówki i skorelowanie ich z wartościami ciśnienia powietrza wymuszającego aplanację, co w dotychczasowych metodach bazowało na wielokrotnej filtracji sygnału pochodzącego z czujnika optycznego, przez co następowała utrata dokładności wyznaczania.

Istota tonometru, według wynalazku, w którym czujnik ciśnienia znajduje się wewnątrz dyszy, polega na tym, że czujnik ciśnienia jest połączony z pierwszym filtrem dolnoprzepustowym oraz równolegle z drugim filtrem dolnoprzepustowym, przy czym oba filtry są podłączone do subtraktora, który poprzez przetwornik analogowo-cyfrowy jest podłączony do układu mikroprocesorowego, przy czym drugi filtr dolnoprzepustowy dodatkowo jest połączony z układem mikroprocesorowym poprzez układ różniczkujący oraz przetwornik analogowo-cyfrowy oraz bezpośrednio poprzez przetwornik analogowo-cyfrowy.

Korzystnie, pierwszy filtr dolnoprzepustowy jest filtrem gaussowskim o szerokości połówkowej z zakresu od 0,3 ms do 0,6 ms.

Korzystnie, drugi filtr dolnoprzepustowy jest filtrem gaussowskim o szerokości połówkowej z zakresu od 0,6 ms do 1 ms i większej od szerokości połówkowej pierwszego filtru dolnoprzepustowego.

Istota sposobu bezkontaktowego pomiaru właściwości oka, w którym wymusza się impuls ciśnienia powietrza, skierowany na rogówkę oka, a podczas trwania impulsu mierzy się ciśnienie powietrza w impulsie polega na tym, że sygnał z czujnika ciśnienia powietrza poddaje się filtracji pierwszym filtrem dolnoprzepustowym oraz równolegle drugim filtrem dolnoprzepustowym, po czym odejmuje się obydwa przefiltrowane sygnały, otrzymując sygnał różnicowy, a jednocześnie sygnał z drugiego filtru dolnoprzepustowego różniczkuje się, po czym sygnał różnicowy, sygnał zróżniczkowany oraz sygnał przefiltrowany drugim filtrem dolnoprzepustowym przetwarza się na postać cyfrową w przetworniku analogowo-cyfrowym, a następnie z tych sygnałów w układzie mikroprocesorowym wyznacza się właściwości oka w postaci ciśnienia śródocznego, lepkosprężystości oka oraz zmodyfikowanej histerezy.

Zaletami wynalazku są większa dokładność pomiaru parametrów oka, wynikająca z możliwości dokładnego ustalenia chwil aplanacji i skorelowania ich z mierzonym ciśnieniem, na podstawie operacji filtrowania, odejmowania i różniczkowania sygnałów. Ponadto, wszystkie istotne informacje znajdują się bezpośrednio w sygnale ciśnienia i poprzez sposób jego obróbki są z niego ekstrahowane bez konieczności stosowania układów w postaci diod oświetlających z detektorami światła odbitego od rogówki. Wynalazek jest bliżej przedstawiony w przykładach realizacji i w oparciu o rysunek, którego fig. 1 przedstawia schemat tonometru, a fig. 2 przedstawia przebiegi sygnałów i ich charakterystyczne wartości.

P r z y k ł a d 1

Tonometr w głowicy 1 posiada czujnik ciśnienia 2 połączony z pierwszym filtrem dolnoprzepustowym 3 oraz równolegle z drugim filtrem dolnoprzepustowym 4, przy czym oba filtry 3, 4 są podłączone do subtraktora 5, który poprzez przetwornik analogowo-cyfrowy 6 jest podłączony do układu mikroprocesorowego 7, przy czym drugi filtr dolnoprzepustowy 4 jest połączony z układem mikroprocesorowym 7 dodatkowo poprzez układ różniczkujący 8 oraz bezpośrednio. Pierwszy filtr dolnoprzepustowy 3 jest filtrem gaussowskim o szerokości połówkowej wynoszącej 0,3 ms, a drugi filtr dolnoprzepustowy 4 jest filtrem gaussowskim o szerokości połówkowej równej 0,6 ms.

PL 226 900 B1

P r z y k ł a d 2

Tonometr jak w przykładzie pierwszym, z tą różnicą, że szerokość połówkowa pierwszego filtru dolnoprzepustowego 3 wynosi 0,5 ms, a szerokość połówkowa drugiego filtru dolnoprzepustowego 4 wynosi 0,75 ms.

P r z y k ł a d 3

Tonometr jak w przykładzie pierwszym, z tą różnicą, że szerokość połówkowa pierwszego filtru dolnoprzepustowego 3 wynosi 0,6 ms, a szerokość połówkowa drugiego filtru dolnoprzepustowego 4 wynosi 1 ms.

P r z y k ł a d 4

Sposób bezkontaktowego pomiaru właściwości oka polega na tym, że sygnał z czujnika ciśnienia 2 poddaje się filtracji pierwszym filtrem dolnoprzepustowym 3 oraz równolegle drugim filtrem dolnoprzepustowym 4, po czym odejmuje się obydwa przefiltrowane sygnały w subtraktorze 5, otrzymując sygnał różnicowy, a jednocześnie sygnał z drugiego filtru dolnoprzepustowego 4 różniczkuje się w układzie różniczkującym 8, po czym sygnał różnicowy, sygnał zróżniczkowany oraz sygnał przefiltrowany drugim filtrem dolnoprzepustowym 4 przetwarza się na postać cyfrową w przetworniku analogowo-cyfrowym 6, a następnie z tych sygnałów w układzie mikroprocesorowym 7 wyznacza się właściwości oka w postaci ciśnienia śródocznego, lepkosprężystości oka oraz zmodyfikowanej histerezy.

Działanie tonometru oparte jest na tym, że w chwilach aplanacji rogówki, czyli przy wgłębianiu i powrocie rogówki do stanu początkowego, pojawiają się niewielkie zaburzenia przebiegu krzywej ciśnienia powietrza. Jest to spowodowane utratą stateczności rogówki podczas przechodzenia przez stan aplanacji i niewielkim sygnałem zwrotnym w powietrzu wydmuchiwanym z dyszy tonometru. Krzywa ciśnienia powietrza zawiera zatem informacje o przechodzeniu rogówki przez stan aplanacji. Sygnał zmian ciśnienia powietrza z dyszy P(t) jest wygładzany dwoma filtrami dolnoprzepustowymi, z których drugi ma większą szerokość połówkową w dziedzinie czasu niż pierwszy, a następnie z sygnału różnicowego R(t), w układzie mikroprocesorowym wyznaczane są chwile występowania dwóch maksimów lokalnych ciśnienia, jako pierwsze sąsiednie maksima lokalne dwóch minimów oznaczonych na krzywej różnicowej jako A i B, odpowiednio po prawej i lewej stronie maksimum krzywej ciśnienia powietrza. Wartość t₁ odpowiada chwili powstania pierwszego lokalnego maksimum krzywej różnicowej położonego na prawo od punktu A (t₁ > tA). Natomiast wartość t₂ odpowiada chwili powstania pierwszego lokalnego maksimum położonego na lewo od punktu B (t₂ < t_B). Mając wyznaczone chwile, w których nastąpiła aplanacja, t₁ i t₂, można wyznaczyć odpowiadające tym chwilom wartości ciśnienia krzywej powietrza (P₁ i P₂) i wartości jej pochodnej (dP₁ i dP₂), a także można wyznaczyć wartość maksymalną pochodnej ciśnienia max (dP) i jej wartość minimalną min (dP). Na tej podstawie ciśnienie w oku wyraża się za pomocą średniej geometrycznej ciśnień P₁ i P₂, a mianowicie lOPm = jPi P₂, a właściwości lepkosprężyste wyraża się jako histerezę zmodyfikowaną (Modified Hysteresis - MH) opartą na wartościach ciśnień P₁ i P₂ oraz wartościach pochodnych po czasie zmian ciśnienia powietrza, którą wyraża wzór MH = — mincZP, gdzie dP₁ i dP₂ oznaczają odpowiednie wartości pochodnej ciśnienia powietrza w momentach aplanacji t₁ i t₂, a min (dP) i max (dP) oznaczają ekstremalne wartości pochodnej ciśnienia podczas wgłębiania i powrotu.

Claims (4)

1. Tonometr, w którym czujnik ciśnienia znajduje się wewnątrz głowicy, znamienny tym, że czujnik ciśnienia (2) jest połączony z pierwszym filtrem dolnoprzepustowym (3) oraz równolegle z drugim filtrem dolnoprzepustowym (4), przy czym oba filtry (3), (4) są podłączone do subtraktora (5), który poprzez przetwornik analogowo-cyfrowy (6) jest podłączony do układu mikroprocesorowego (7), przy czym drugi filtr dolnoprzepustowy (4) dodatkowo jest połączony z układem mikroprocesorowym (7) poprzez układ różniczkujący (8) i przetwornik analogowo-cyfrowy (6) oraz bezpośrednio poprzez przetwornik analogowo-cyfrowy (6).

2. Tonometr według zastrz. 1, znamienny tym, że pierwszy filtr dolnoprzepustowy (3) jest filtrem gaussowskim o szerokości połówkowej z zakresu od 0,3 ms do 0,6 ms.

3. Tonometr według zastrz. 1, znamienny tym, że drugi filtr dolnoprzepustowy (4) jest filtrem gaussowskim o szerokości połówkowej z zakresu od 0,6 ms do 1 ms i większej od szerokości połówkowej pierwszego filtru dolnoprzepustowego.

PL 226 900 B1

4. Sposób bezkontaktowego pomiaru właściwości oka, w którym wymusza się impuls ciśnienia powietrza, skierowany na rogówkę oka, a podczas trwania impulsu mierzy się ciśnienie powietrza w impulsie, zaś w układzie mikroprocesorowym wyznacza się właściwości oka, znamienny tym, że sygnał z czujnika ciśnienia powietrza poddaje się filtracji pierwszym filtrem dolnoprzepustowym (3) oraz równolegle drugim filtrem dolnoprzepustowym (4), po czym odejmuje się obydwa przefiltrowane sygnały w subtraktorze (5), otrzymując sygnał różnicowy, a jednocześnie sygnał z drugiego filtru dolnoprzepustowego (4) różniczkuje się w układzie różniczkującym (8), po czym sygnał różnicowy, sygnał zróżniczkowany oraz sygnał przefiltrowany drugim filtrem dolnoprzepustowym (4) przetwarza się na postać cyfrową w przetworniku analogowo-cyfrowym (6), a następnie sygnały te kieruje się do układu mikroprocesorowego (7).