RU155355U1 - Лазерный измеритель внутриглазного давления - Google Patents

Abstract

Измеритель внутриглазного давления, содержащий источник излучения для направления на глаз, фотодетектор, выход которого соединен с регистрирующим устройством, диафрагму, снабженную приводом и предназначенную для расположения между глазом и фотодетектором, пневматическую систему, включающую воздушную трубку, выход которой предполагается направлять на глаз в ту же точку, что и источник излучения, отличающийся тем, что в качестве источника излучения выбран лазер, фотодетектор встроен в лазер, регистрирующее устройство включает усилитель, вход которого соединен с выходом фотодетектора, и аналого-цифровой преобразователь, вход которого соединен с усилителем, пневматическая система включает микронасос, выход которого снабжен датчиком давления, ресивер, вход которого соединен с выходом микронасоса, электромагнитный клапан, расположенный между выходом ресивера и входом воздушной трубки, измеритель дополнительно содержит электронный блок управления, снабженный интерфейсом последовательной двунаправленной передачи данных с персональным компьютером, при этом входы электронного блока управления подключены к датчику давления и выходу аналого-цифрового преобразователя, а выходы электронного блока управления подключены к приводу диафрагмы, микронасосу и электромагнитному клапану.

Description

ЛАЗЕРНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ВНУТРИГЛАЗНОГО ДАВЛЕНИЯ

Полезная модель относится к медицинской технике и может быть использована в офтальмологии для бесконтактного измерения внутриглазного давления (ВГД). Для повышения точности измерений ВГД бесконтактным способом в заявляемом устройстве использован полупроводниковый лазерный автодин.

Известно устройство измерения внутриглазного давления, которое состоит из контактного средства, приходящего в соприкосновение с веком, средства вибрации, вибрирующего при приложении напряжения, средства приложения переменного тока к средству вибрации, средства измерения значения протекающего тока через средство вибрации, средства обработки информации и выполнено с возможностью вычисления точки резонанса измеряемого объекта и измерения значения тока в области точки резонанса. Работа устройства основана на приведении в соприкосновение средства вибрации с веком через контактное средство, приложении напряжения к средству вибрации, измерении значения тока, протекающего через средство вибрации, и измерении давления на основании значения тока в области точки резонанса, вычисленной при помощи средства обработки информации на основании изменения значения тока, которое вызывается изменением частоты вибрации (см. патент на ИЗ №2372021 МПК А61В 3/16).

Недостатком известного устройства является то, что для проведения измерений требуется контакт между измерителем и объектом. Подобный подход может вносить погрешности измерений, связанные с давлением измерителя на глазное яблоко.

Известно устройство измерения внутриглазного давления через веко, принцип работы которого основан на статической деформации века нагрузкой опоры с двумя выступами и с одновременной динамической деформацией глазного яблока через веко свободно падающим штоком, с последующим измерением параметров функции перемещения штока во времени. Измерение производится дважды, при разных величинах статической нагрузки опорой на глаз. Динамическая деформация глазного яблока также может осуществляться штоком с противовесом, при этом скорость штоку придает блок ускорения. Дополнительно ускорение штоку может придавать магнитное поле. В случае многократной динамической деформации глаза с нарастающей силой давления на глаз, в момент появления волны деформации склеры или роговицы глаза фиксируется значение внутриглазного давления, после чего останавливается нарастающая динамическая деформация глаза. Устройство, с помощью которого производят измерение внутриглазного давления, содержит датчик давления опоры на глаз и датчик скорости перемещения штока. Применение данной группы изобретений позволяет определять через веко внутриглазное давление независимо от геометрических и физических характеристик (см. патент на ИЗ №2336014 МПК А61В 3/16, A61F 9/00).

Недостатком известного устройства являются то, что при измерении высокого внутриглазного давления энергии свободно падающего штока (измерителя) не хватает, для чего требуется внедрение в устройство дополнительных технологических блоков, усложняющих систему в целом.

Наиболее близким к предлагаемому решению является бесконтактный тонометр, содержащий источник излучения, оптическая ось которого расположена под углом к оптической оси глаза человека, установленные последовательно по ходу отраженного от роговицы глаза пучка света, диафрагму и фотодетектор, выход которого соединен с регистрирующим прибором, и устройство для пневматического воздействия на роговицу (пневматическую систему). Пневматическая система выполнена в виде полого сужающегося канала, диаметр выходного окна которого соизмерим с размером роговицы, окно расположено вблизи нее, а входное окно совмещено с плоскостью диффузора низкочастного акустического динамика, установленного в корпусе и соединенного с генератором низкочастотных сигналов, причем диаметр входного окна канала не менее диаметра диффузора, диафрагма выполнена щелевой, фотодетектор и диафрагма установлены с возможностью перемещения в плоскости, перпендикулярной направлению распространения отраженного от роговицы пучка света (см. патент на ИЗ №2067845 МПК А61В 3/16).

Недостатком известного устройства является то, что измерение внутриглазного давления связано с измерением амплитуды отраженного сигнала и не учитывает особенности строения роговицы и ее толщины, что в итоге влияет на точность измерения истинного ВГД.

Задача настоящей полезной модели направлена на создание прибора, позволяющего бесконтактно определять внутриглазное давление независимо от геометрических и физических характеристик оболочек глаза.

Технический результат заключается в повышении точности проведения бесконтактного измерения внутриглазного давления.

Указанный технический результат достигается тем, что в измерителе внутриглазного давления, содержащем источник излучения для направления на глаз, фотодетектор, выход которого соединен с регистрирующим устройством, диафрагму, снабженную приводом и предназначенную для расположения между глазом и фотодетектором, пневматическую систему, включающую воздушную трубку, выход которой предполагается направлять на глаз в ту же точку, что и источник излучения, согласно решению в качестве источника излучения выбран лазер, фотодетектор встроен в лазер, регистрирующее устройство включает усилитель, вход которого соединен с выходом фотодетектора, и аналого-цифровой преобразователь, вход которого соединен с усилителем, пневматическая система включает микронасос, выход которого снабжен датчиком давления, ресивер, вход которого соединен с выходом микронасоса, электромагнитный клапан, расположенный между выходом ресивера и входом воздушной трубки, измеритель дополнительно содержит электронный блок управления, снабженный интерфейсом последовательной двунаправленной передачи данных с персональным компьютером, при этом входы электронного блока управления подключены к датчику давления и выходу аналого-цифрового преобразователя, а выходы электронного блока управления подключены к приводу диафрагмы, микронасосу и электромагнитному клапану.

Заявляемая полезная модель поясняется чертежом. Позициями на чертеже обозначены:

1 - полупроводниковый лазер на квантово-размерных структурах RLD-650,

2 - диафрагма с приводом,

3 - фотодетектор,

4 - усилитель,

5 - аналого-цифровым преобразователь (АЦП),

6 - регистрирующее устройство,

7 - электронный блок управления,

8 - пневмотическая система,

9 - блоком для последовательной двунаправленной передачи данных,

10 - ЭВМ,

11 - контроллер управления на базе микроконтроллера PIC16F877A,

12 - блок управления микронасосом L293D,

13 - микронасос KNF,

14 - датчик давления MPX5050GP,

15 - ресивер,

16 - электромагнитный клапан AJK,

17 - трубкой,

18 - источник питания.

Внутреннее давление глаза можно определить, зная величину прогиба, которая является величиной зависящей от значения давления воздушного удара. Принцип работы предлагаемого устройства основан на том, что в нем в качестве информативного параметра используется другой параметр, позволяющий оценить внутреннее давление. Таким параметром, который слабо зависит от величины давления воздушной струи, является отношение величины прогиба оболочки и ускорения. Калибровочные кривые были получены на макетах, в которых в качестве упругой оболочки использовались резиновые шарики. На участок поверхности глаза воздействуют воздушным импульсом от пневматического блока, при этом его освещают излучением полупроводникового лазера, преобразуют отраженный оптический сигнал в автодинный сигнал, регистрируют его мощность, после этого аналоговый сигнал оцифровывают и анализируют. Величина внутриглазного давления определяется по параметрам движения глаза, таким как величина прогиба и ускорения склеральной оболочки. По рассчитанному отношению прогиба к ускорению, используя калибровочную кривую, определяют внутриглазное давление.

Величина прогиба оболочки определяется по сигналу полупроводникового лазерного автодина:

где θ - набег фазы автодинного сигнала, λ₀ - длина волны лазерного излучения, t - интервал времени наблюдения автодинного сигнала на различных участках движения, Z(t) - функция, описывающая продольные перемещения объекта.

Для нахождения прогиба необходимо восстановить неизвестную функцию движения объекта Z(t).

Нахождение неизвестного ускорения а было сведено к решению обратной задачи, получающегося в результате нахождения минимума функционала (2), определяемого как сумма квадратов отклонений экспериментальных и теоретических величин автодинного сигнала (1) для различных временных интервалов:

При нахождении минимума функционала (2) определяется область глобального минимума, точное значение которого находили методом спуска по искомым параметрам θ и а. Рассчитанным значениям отношения величины прогиба оболочки ΔZ к ускорению ставят в соответствие давление внутри глаза.

Для моделирования деформации глазного яблока под действием воздушной струи был использован резиновый шарик, заполненный гелем, с разным внутренним давлением. Давление внутри шарика изменяли путем введения дополнительного объема геля. Образец имел диаметр близкий к реальному диаметру глаза (24 мм). Тестовое измерение величины внутреннего давления проводилось по методу Маклакова грузом массой 10 г.

Экспериментальные исследования были проведены при трех различных силах воздействия и пяти различных внутренних давлениях (ВД). Деформация поверхности макета приводила к изменению величины автодинного сигнала полупроводникового лазера. Прогиб и параметры движения при этом определялись по автодинному сигналу по методикам, приведенным выше. Анализ результатов расчета величин прогиба оболочки ΔZ, ускорения а и отношения ΔZ/a, полученные для 3-х разных давлений воздушной струи показал, что отношение смещения и ускорения участка поверхности упругого тела с внутренним давлением Р=24 мм рт. ст. изменяется следующим образом: для давления воздушной струи p₁=0,02 Па отклонение от среднего значения составило 0,207%, для р₂=0,08 Па - 0,047%, для р₃=0,16 Па - 0,27%. Таким образом можно сделать вывод о том, что отношение ΔZ/a слабо зависит от давления воздушной струи.

Были проведены также измерения ΔZ и а при разных расстояниях между источником пневмоимпульсов и объектом (Δx). Измерения величины прогиба и ускорения оболочек проводились для трех разных расстояний: 5, 10 и 15 мм. Полученные результаты показали, что при изменении расстояния между источником пневмоимпульсов и объектом исследований, в пределах одного давления, величина ΔZ/а также изменяется слабо.

Полученные особенности могут быть использованы для исключения возможных ошибок, связанных с движением глазного яблока во время измерения ВГД.

Заявляемое устройство представлено на фиг. 1. Устройство содержит полупроводниковый лазер на квантово-размерных структурах RLD-650 с мощностью излучения не более 100 мкВт 1, диафрагму с приводом 2, которая размещена перпендикулярно оптической оси лазера. В лазер встроен фотодетектор 3. Выход фотодетектора соединен с усилителем 4, который находится в регистрирующем устройстве 6. Выход усилителя соединен с аналого-цифровым преобразователем (АЦП) 5. АЦП соединено с блоком для последовательной двунаправленной передачи данных 9, который находится в электронном блоке управления 7 и имеет связь с ЭВМ 10. В электронном блоке управления также расположен контроллер управления на базе микроконтроллера PIC16F877A 11. Выходы контроллера управления подключены к блоку для последовательной двунаправленной передачи данных, к блоку управления микронасосом L293D 12, к приводу диафрагмы, к электромагнитному клапану AJK 16. Вход контроллера управления подключен к датчику давления MPX5050GP 14. Выход блока управления микронасосом подключен к микронасосу KNF 13. Микронасос, датчик давления и электромагнитный клапан расположены в пневмотической системе 8. Кроме этого в пневмотической системе расположен ресивер 15 объемом 100 мл, вход которого гибким шлангом соединен с датчиком давления и микронасосом. Выход ресивера соединен с электромагнитным клапаном. Выход электромагнитного клапана соединен с полой сужающейся трубкой 17, которая направлена под углом α к оптической оси полупроводникового лазера и направлена в ту же точку, что и лазер. Диаметр выходного отверстия трубки 2 мм. К устройству подключен источник питания 18.

При проведении измерений внутриглазного давления лазер и трубку направляют на склеру глаза. Начало измерения связано с нажатием оператором кнопки на корпусе устройства. При нажатии на кнопку в контроллер управления посылается электрический сигнал, который инициирует два процесса. Первый процесс связан с открытием диафрагмы и облучением поверхности глаза лазерным излучением. Время облучения поверхности склеры лазером определяется временем, когда диафрагма открыта. Для проведения измерений достаточно около 0,1 секунды. Второй процесс связан с открытием электромагнитного клапана давления и выбросом воздушного импульса из ресивера через гибкий шланг и трубку. Такого рода подход позволяет синхронизировать момент облучения поверхности лазером и выброс воздушного импульса. Воздушные импульсы от пневмосистемы по гибкому шлангу и пластмассовой трубке направляют на освещаемую лазером поверхность склеры. Воздушный импульс приводит к деформации поверхности склеры. При этом часть излучения, отраженного от глаза, возвращается в резонатор полупроводникового лазера и регистрируется встроенным фотодетектором. Сигнал с фотодетектора поступает через усилитель на аналого-цифровой преобразователь, находящийся в регистрирующем устройстве. Цифровой сигнал с АЦП передается через блок последовательной передачи данных в память ЭВМ. По полученным данным на ЭВМ производится расчет ВГД. Сохраненный на ЭВМ цифровой сигнал позволяет определить параметры движения склеральной оболочки глаза. Используя калибровочную кривую и измеренные параметры движения, определяют внутриглазное давление.

С помощью разработанного устройства были проведены экспериментальные исследования, доказывающие применимость лазера для измерения ВГД. При измерении деформаций глаза, при различном давлении, использовался полупроводниковый лазер, удовлетворяющий требованиям санитарных норм СанПиН 5804-91. Кроме того, для контроля внутриглазного давления использовался пневмотонометр Canon Full Auto Tonometr TX - F10 (CFAT).

Голова пациента, перед проведением измерений, фиксировалась при помощи лобно-подбородной опоры. Экспериментальные исследования проводились в два этапа. На первом этапе проводилось измерение внутриглазного давления разработанным устройством и CFAT. На втором этапе измерялось ВГД разработанным устройством и CFAT, после закапывания препарата "Дуотрав", понижающего ВГД. Препарат является комбинированного действия, состоит из 2-ух активных веществ: травопроста и тимолола. Имеет двойное действие: увеличивает увеосклеральный отток и уменьшает образование водянистой влаги. После измерений сравнивались величины прогиба склеры до и после закапывания капель.

Анализ полученных сигналов показал, что значения максимального прогиба и ускорения склеральной оболочки до закапывания препарата "Дуотрав" оказались меньше, чем после закапывания. Контроль ВГД пневмотонометром CFAT подтвердил уменьшение давления после закапывания препарата. Результаты расчета максимального ускорения а, максимальной величины прогиба склеры ΔZ и ВГД, до и после закапывания препарата, приведены в таблице 1.

Из таблицы видно, что величина прогиба и ускорения склеральной оболочки от пневмоимпульсов, измеренные через час после закапывания препарата, увеличились для прогиба (ΔZ) на 33,5%, для ускорения (а) на 25,9%. Отношение прогиба к ускорению (ΔZ/a) при этом увеличилось на 6,0%.

Для повышения точности измерений внутриглазного давления бесконтактным способом перспективно применить метод, основанный на использовании полупроводникового лазерного автодина. Использование данного устройства открывает возможность измерения параметров движения и величины деформации оболочек глаза под действием воздушной струи. В отличие от существующих устройств, данное устройство позволяет одновременно измерять несколько параметров, характеризующих воздействие на глаз воздушной струи. Показано, что отношение величины прогиба и ускорения оболочки глазного яблока слабо зависит от давления пневмоимпульсов и от расстояния между глазом и измерителем, изменение которого может служить основным источником погрешности измерений. Таким образом, для оценки ВГД предложено использовать изменение отношения двух параметров (величины прогиба и ускорения, измеряемых одновременно). Измерение именно этого параметра позволит при использовании описанного устройства уменьшить ошибку измерений офтальмотонуса, связанного с различной толщиной оболочки.

Claims (1)

1. 
   

   Измеритель внутриглазного давления, содержащий источник излучения для направления на глаз, фотодетектор, выход которого соединен с регистрирующим устройством, диафрагму, снабженную приводом и предназначенную для расположения между глазом и фотодетектором, пневматическую систему, включающую воздушную трубку, выход которой предполагается направлять на глаз в ту же точку, что и источник излучения, отличающийся тем, что в качестве источника излучения выбран лазер, фотодетектор встроен в лазер, регистрирующее устройство включает усилитель, вход которого соединен с выходом фотодетектора, и аналого-цифровой преобразователь, вход которого соединен с усилителем, пневматическая система включает микронасос, выход которого снабжен датчиком давления, ресивер, вход которого соединен с выходом микронасоса, электромагнитный клапан, расположенный между выходом ресивера и входом воздушной трубки, измеритель дополнительно содержит электронный блок управления, снабженный интерфейсом последовательной двунаправленной передачи данных с персональным компьютером, при этом входы электронного блока управления подключены к датчику давления и выходу аналого-цифрового преобразователя, а выходы электронного блока управления подключены к приводу диафрагмы, микронасосу и электромагнитному клапану.

   

Images