RU2651126C1 - Method of early detection of age-related macular degeneration of the retina - Google Patents

Method of early detection of age-related macular degeneration of the retina Download PDF

Info

Publication number
RU2651126C1
RU2651126C1 RU2017104485A RU2017104485A RU2651126C1 RU 2651126 C1 RU2651126 C1 RU 2651126C1 RU 2017104485 A RU2017104485 A RU 2017104485A RU 2017104485 A RU2017104485 A RU 2017104485A RU 2651126 C1 RU2651126 C1 RU 2651126C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
autofluorescence
spectral
fundus
amd
pathology
Prior art date
Application number
RU2017104485A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Татьяна Борисовна Фельдман
Михаил Аркадьевич Островский
Марина Андреевна Яковлева
Андрей Викторович Ларичев
Сергей Анатольевич Борзенок
Патимат Магомедовна Арбуханова
Original Assignee
Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение Науки Институт Биохимической Физики Им. Н.М. Эмануэля Российской Академии Наук (Ибхф Ран)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение Науки Институт Биохимической Физики Им. Н.М. Эмануэля Российской Академии Наук (Ибхф Ран) filed Critical Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение Науки Институт Биохимической Физики Им. Н.М. Эмануэля Российской Академии Наук (Ибхф Ран)
Priority to RU2017104485A priority Critical patent/RU2651126C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2651126C1 publication Critical patent/RU2651126C1/en

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B3/00Apparatus for testing the eyes; Instruments for examining the eyes
    • A61B3/10Objective types, i.e. instruments for examining the eyes independent of the patients' perceptions or reactions

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Ophthalmology & Optometry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Eye Examination Apparatus (AREA)

Abstract

FIELD: medicine.
SUBSTANCE: invention refers to medicine, namely to ophthalmology. Light excitation of the autofluorescence of the ocular fundus is performed. Light signal of the LED with a peak wavelength of 488 nm is used. Intensity of the excited autofluorescence in the spectral region 1 corresponding to the range 530–580 nm and in the spectral region 2 corresponding to the range of 600–650 nm is recorded. With the help of mathematical processing, the values of the integral intensities of the signals of autofluorescence I1 and I2 in the spectral regions 1 and 2, respectively, are obtained. Diagnostic criterion is calculated as the ratio I1 to I2. If a diagnostic criterion value exceeding 1.15, the presence of a pathological process is ascertained.
EFFECT: invention can be used to diagnose age-related macular degeneration of the retina.
5 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к области медицины, конкретно к офтальмологии, и может быть использовано для выявления возрастной макулярной дистрофии сетчатки (ВМД) на ранних доклинических стадиях развития заболевания, когда еще не проявляются клинические симптомы развития болезни.The invention relates to medicine, specifically to ophthalmology, and can be used to detect age-related macular dystrophy of the retina (AMD) in the early preclinical stages of the development of the disease, when the clinical symptoms of the disease are not yet manifested.

Согласно данным ВОЗ [Ophthalmology. 2000. V. 107. Р. 2224-2232], ВМД является ведущей причиной слепоты в развитых странах и занимает третье место среди причин слепоты во второй половине жизни после глаукомы и диабетической ретинопатии. От потери центрального зрения страдает более 30% населения старше 75 лет. Терминальная стадия ВМД (слепота) встречается у 1,7% всего населения старше 50 лет и около 18% населения старше 85 лет. В России заболеваемость ВМД составляет 15 человек на 1000 населения [Либман Е.С., Шахова Е.В. Материалы VII съезда офтальмологов России. 2000. С. 209-214].According to WHO [Ophthalmology. 2000. V. 107. P. 2224-2232], AMD is a leading cause of blindness in developed countries and ranks third among the causes of blindness in the second half of life after glaucoma and diabetic retinopathy. From loss of central vision affects more than 30% of the population over 75 years. The terminal stage of AMD (blindness) occurs in 1.7% of the total population older than 50 years and about 18% of the population older than 85 years. In Russia, the incidence of AMD is 15 people per 1000 population [Libman ES, Shakhova EV Materials of the VII Congress of Ophthalmologists of Russia. 2000. S. 209-214].

Главным фактором риска возникновения заболевания является возраст, при этом важную роль играют как генетические факторы, так и факторы окружающей среды, в том числе - воздействие света. [Островский М.А. Успехи биологической химии. 2005. Т. 45. С. 173-204]. Развитие ВМД сопровождается патологическими изменениями ретинального пигментного эпителия (РПЭ) и в конечном счете - гибелью фоторецепторных клеток сетчатки. В настоящее время заболевание считается практически неизлечимым, поэтому важной задачей является как можно более раннее выявление ВМД с целью принятия своевременных защитно-профилактических мер, позволяющих замедлить развитие этой тяжелой глазной патологии и сохранить хорошее качество жизни пациента на долгие годы.The main risk factor for the occurrence of the disease is age, and genetic factors as well as environmental factors, including exposure to light, play an important role. [Ostrovsky M.A. Advances in biological chemistry. 2005.V. 45. S. 173-204]. The development of AMD is accompanied by pathological changes in the retinal pigment epithelium (RPE) and, ultimately, the death of the photoreceptor cells of the retina. Currently, the disease is considered practically incurable, therefore, an important task is to detect AMD as early as possible in order to take timely protective and preventive measures to slow down the development of this severe ocular pathology and maintain a good quality of life for the patient for many years.

Комплекс функционально-диагностических оптических методов клинической диагностики ВМД включает регистрацию аутофлуоресценции (АФ) глазного дна, оптическую когерентную томографию (ОКТ), флуоресцентную ангиографию (ФАГ). Общим недостатком этих методов является то, что они позволяют диагностировать патологию на стадии, когда уже проявляются клинические признаки заболевания. Метод ФАГ, кроме того, является инвазивным и небезопасным для здоровья пациента.The complex of functional diagnostic optical methods for clinical diagnosis of AMD includes registration of autofluorescence (AF) of the fundus, optical coherence tomography (OCT), and fluorescence angiography (FAG). A common drawback of these methods is that they allow you to diagnose pathology at the stage when the clinical signs of the disease are already showing. The FAG method, in addition, is invasive and unsafe for the health of the patient.

Наиболее часто для обнаружения патологических изменений комплекса сетчатка/РПЭ применяют метод регистрации АФ глазного дна [Schmitz-Valckenberg S. et al. Perspectives in imaging technologies. In: Holz F.G., Schmitz-Valckenberg S., Spaide R.F., Bird A.C. (eds) Atlas of fundus autofluorescence imaging. Springer-Verlag, Berlin: Springer-Verlag; 2007. P. 331-338]. В его основе лежит получение изображения, создаваемого, главным образом, собственной флуоресценцией т.н. «пигмента старости» - липофусциновых гранул (ЛГ), которые образуются и накапливаются в клетках РПЭ в результате неполной лизосомальной деградации фагосом в процессе старения и особенно интенсивно - при развитии дегенеративных заболеваний сетчатки и РПЭ. Флуоресцентные свойства ЛГ обусловлены, в основном, наличием в них конъюгатов полностью-транс ретиналя, т.н. бисретиноидов - бис-ретинилиден этаноламин (А2Е) и др., и продуктов их фотоокисления и фотодеградации [J.R. Sparrow, et al. Prog. Retin. Eye Res. 2012. V. 31. N 2. P. 121-135]. Показано, что количественный и качественный состав этих продуктов меняется в процессе развития патологии [Т.В. Feldman, et al. Anal. Bioanal. Chem. 2015, V. 407, N 4, P. 1075-1088 и Wu Y., et al. Proc. Natl. Acad. Sci. 2010, 107:7275-80].Most often, to detect pathological changes in the retina / RPE complex, the fundus AF method is used [Schmitz-Valckenberg S. et al. Perspectives in imaging technologies. In: Holz F.G., Schmitz-Valckenberg S., Spaide R.F., Bird A.C. (eds) Atlas of fundus autofluorescence imaging. Springer-Verlag, Berlin: Springer-Verlag; 2007. P. 331-338]. It is based on the acquisition of an image created mainly by its own fluorescence of the so-called “Old age pigment” - lipofuscin granules (LH), which are formed and accumulate in RPE cells as a result of incomplete lysosomal degradation of phagosomes during aging and especially intensively in the development of degenerative diseases of the retina and RPE. The fluorescence properties of LH are mainly due to the presence of conjugates of fully trans retinal, the so-called bisretinoids - bis-retinylidene ethanolamine (A2E) and others, and the products of their photooxidation and photodegradation [J.R. Sparrow, et al. Prog. Retin. Eye Res. 2012. V. 31. N 2. P. 121-135]. It is shown that the quantitative and qualitative composition of these products changes during the development of pathology [T.V. Feldman, et al. Anal. Bioanal. Chem. 2015, V. 407, N 4, P. 1075-1088 and Wu Y., et al. Proc. Natl. Acad. Sci. 2010, 107: 7275-80].

Для регистрации АФ глазного дна обычно используют конфокальный лазерный сканирующий офтальмоскоп - ретинальный анализатор HRA-2 (Heidelberg, Германия) или более доступные по стоимости фундус-камеры, (см., например [US 7648239 В2, опубл. 19.01.2010]), которые, как показано в работе [Park S.P., et al. Ophthalmic. Surg. Lasers Imaging Retina. 2013, 44(6):536-43.], лишь незначительно уступают ретинальному анализатору HRA-2 по контрастности изображения. АФ в РПЭ возбуждают с использованием лазерного излучения с длиной волны 488 нм. В результате получают т.н. картину АФ, представляющую собой монохромное изображение, созданное флуоресценцией химических соединений (бисретиноидов и продуктов их фотоокисления и фотодеградации), входящих в состав ЛГ в клетках РПЭ в длинноволновой области от 500 нм. В качестве иллюстрации на Фиг. 1 показаны АФ изображения глазного дна в норме (а) и при развившейся патологии - ВМД (б). Изображение глазного дна в норме выглядит монотонно серым с черными сосудами за счет экранирования АФ и черным диском зрительного нерва за счет отсутствия флуорофоров. В макулярной области имеется овальная зона плавного снижения флуоресценции с почти черной фовеолой, что обусловлено большей плотностью РПЭ и наличием в нем макулярного пигмента. Наличие в картине АФ глазного дна с патологическими изменениями (Фиг. 1б) более темных участков, соответствующих гипоаутофлуоресценции, и более светлых участков, соответствующих гипераутофлуоресценции, свидетельствует о протекании дегенеративных процессов в сетчатке и РПЭ.To register fundus AF, a confocal laser scanning ophthalmoscope is usually used - an HRA-2 retinal analyzer (Heidelberg, Germany) or more affordable fundus cameras (see, for example, [US 7648239 B2, publ. 19.01.2010]), which as shown in [Park SP, et al. Ophthalmic. Surg. Lasers Imaging Retina. 2013, 44 (6): 536-43.], Are only slightly inferior to the HRA-2 retinal analyzer in image contrast. AF in the RPE is excited using laser radiation with a wavelength of 488 nm. The result is the so-called AF image, which is a monochrome image created by fluorescence of chemical compounds (bisretinoids and their photooxidation and photodegradation products) that are part of LH in RPE cells in the long-wavelength region from 500 nm. By way of illustration in FIG. Figure 1 shows AF images of the fundus in norm (a) and, with developed pathology, AMD (b). The fundus image normally looks monotonously gray with black vessels due to AF screening and a black optic nerve disc due to the absence of fluorophores. In the macular region there is an oval zone of a gradual decrease in fluorescence with an almost black foveola, which is due to the higher density of RPE and the presence of macular pigment in it. The presence of fundus AF in the picture with pathological changes (Fig. 1b) of the darker areas corresponding to hypoautofluorescence and lighter areas corresponding to hypeautofluorescence indicates the occurrence of degenerative processes in the retina and RPE.

Таким образом, АФ глазного дна является одним из наиболее широко используемых неинвазивных методов диагностики ВМД, позволяющим диагностировать ранние фенотипические изменения в РПЭ, которые являются предвестниками прогрессирования этой патологии. Согласно национальному руководству по офтальмологии [Офтальмология: Национальное руководство. Под редакцией Аветисова С.Э., и др. М.: ГЭОТАР-Медиа. 2014 г. 736 с.] исследование глазного дна методом АФ рекомендовано для оценки динамики процесса (или прогрессирования) ВМД. Следует отметить, что анализ картины АФ глазного дна дает подробную качественную информацию, позволяющую обнаружить патологические зоны, дифференцировать различные формы патологии, однако он не позволяет дать количественную оценку выявленных изменений. Степень прогрессирования заболевания оценивается специалистом субъективно путем сравнения полученной картины с нормой. Метод не позволяет обнаружить патологию на ранней доклинической стадии заболевания, когда еще не проявляются клинические симптомы заболевания, а картина АФ глазного дна еще практически не отличается от нормы. Тем не менее, на основании результатов многих исследований показано, что метод АФ необходимо совершенствовать с целью расширения его диагностических возможностей для получения большей информации в отношении диагностики и прогноза ВМД [Аветисов С.Э., и др. Вестник офтальмологии. 2009. N 6. с. 37-42].Thus, fundus AF is one of the most widely used non-invasive methods for the diagnosis of AMD, which allows one to diagnose early phenotypic changes in RPE, which are the precursors of the progression of this pathology. According to the national guidelines for ophthalmology [Ophthalmology: National guidelines. Edited by S. Avetisov, et al. M.: GEOTAR-Media. 2014, 736 pp.] AF fundus examination of the fundus is recommended for assessing the dynamics of the process (or progression) of AMD. It should be noted that the analysis of the fundus AF pattern provides detailed qualitative information that makes it possible to detect pathological zones and differentiate various forms of pathology, but it does not allow a quantitative assessment of the revealed changes. The degree of disease progression is evaluated subjectively by a specialist by comparing the resulting picture with the norm. The method does not allow to detect pathology at an early preclinical stage of the disease, when the clinical symptoms of the disease do not yet appear, and the picture of AF of the fundus is still practically the same. Nevertheless, on the basis of the results of many studies, it has been shown that the AF method needs to be improved in order to expand its diagnostic capabilities in order to obtain more information regarding the diagnosis and prognosis of AMD [Avetisov S.E. et al. Vestnik Ophthalmology. 2009. N 6. p. 37-42].

В настоящее время предпринимаются попытки анализа спектральных характеристик АФ с целью использования этих данных для ранней диагностики ВМД. Так, в патенте [US 6371615 В1, опубл. 16.04.2002] и более поздней работе тех же авторов [Schweitzer D, et. al. Ophthalmologe. 2009. 106(8):714-22] для ранней доклинической диагностики патологических процессов ВМД предложено использовать количественный подход, основанный на результатах измерения времени жизни (времени затухания) АФ (fluorescence lifetime imaging microscopy FLIM). Авторами показано, что в коротковолновом диапазоне регистрируемые времена жизни АФ глазного дна у здоровых людей ниже, чем у пациентов с ВМД. Измерения проводят с использованием офтальмоскопа FLIO (fluorescence lifetime imaging ophthalmoscope), созданного на базе известного конфокального лазерного сканирующего офтальмоскопа (Heidelberg, Германия), который позволяет получить хорошо воспроизводимые данные о времени жизни АФ, детектируемой в области макулы. Возбуждение АФ глазного дна осуществляют импульсами пикосекундного лазера с пиковой длиной волны 446 нм, после чего детектирование времени жизни АФ проводят в двух спектральных областях 490-560 нм и 560-700 нм. Полученные экспериментальные кинетические кривые обрабатывают математически с получением значений времен жизни АФ в обозначенных выше спектральных областях. По мнению авторов, такого рода данные могут быть использованы в качестве диагностического параметра, который позволит обнаруживать развитие патологии на самых ранних этапах ее развития, когда еще нет клинических проявлений заболевания. Вместе с тем, необходимо отметить недостатки такого анализа, накладывающие ограничения на возможность его применения в практической офтальмологии. Для реализации способа, предполагающего измерение пикосекундных временных диапазонов времени жизни АФ, необходимо использовать высокоточное дорогостоящее офтальмологическое оборудование, недоступное для массового использования. Стоит также отметить, что предлагаемая длина волны возбуждения АФ 446 нм, в отличие от используемой в практике длине волны возбуждающего света 488 нм, находится в спектральной области поглощения хрусталика, что также может затруднять получение необходимых данных. Вызывает сомнение надежность получаемых результатов, поскольку сложные экспериментальные кинетические зависимости, отражающие совокупность вкладов АФ большого количества флуорофоров, содержащихся в ЛГ и других тканях глаза, аппроксимируются относительно простыми двух- или трех-экспоненциальными кривыми, что не позволяет получить надежный количественный диагностический критерий.Currently, attempts are being made to analyze the spectral characteristics of AF in order to use these data for early diagnosis of AMD. So, in the patent [US 6371615 B1, publ. 04.16.2002] and a later work by the same authors [Schweitzer D, et. al. Ophthalmologe. 2009. 106 (8): 714-22] for the early preclinical diagnosis of pathological AMD processes, it is proposed to use a quantitative approach based on the measurement of AF lifetime (attenuation time) (fluorescence lifetime imaging microscopy FLIM). The authors showed that in the short-wavelength range the recorded AF-fundus lifetimes in healthy people are lower than in patients with AMD. Measurements are carried out using a FLIO (fluorescence lifetime imaging ophthalmoscope) ophthalmoscope created on the basis of the well-known confocal laser scanning ophthalmoscope (Heidelberg, Germany), which allows one to obtain well reproducible data on AF lifetime detected in the macula area. Excitation of the fundus AF is carried out by pulses of a picosecond laser with a peak wavelength of 446 nm, after which AF lifetime is detected in two spectral regions of 490-560 nm and 560-700 nm. The obtained experimental kinetic curves are mathematically processed to obtain AF lifetimes in the spectral regions indicated above. According to the authors, this kind of data can be used as a diagnostic parameter that will detect the development of pathology at the earliest stages of its development, when there are no clinical manifestations of the disease. At the same time, it is necessary to note the shortcomings of such an analysis, imposing restrictions on the possibility of its use in practical ophthalmology. To implement the method, which involves the measurement of picosecond time ranges of the AF lifetime, it is necessary to use high-precision expensive ophthalmic equipment, inaccessible for mass use. It is also worth noting that the proposed AF excitation wavelength of 446 nm, in contrast to the 488 nm excitation wavelength used in practice, lies in the spectral region of the absorption of the lens, which may also make it difficult to obtain the necessary data. The reliability of the results obtained is doubtful, since complex experimental kinetic dependences, which reflect the aggregate AF contributions of a large number of fluorophores contained in PH and other eye tissues, are approximated by relatively simple two- or three-exponential curves, which does not allow one to obtain a reliable quantitative diagnostic criterion.

В качестве прототипа принят способ ранней диагностики ВМД, описанный в заявке [US 2003/0004418 A1, опубл. 02.01.2003], в которой использован подход, основанный на сопоставлении величин интенсивности АФ в разных спектральных диапазонах после воздействий на определенные участки глазного дна источником света с различными длинами волн. Метод включает воздействие на глазное дно светового потока в диапазоне длин волн 400-490 нм или лазерного излучения в диапазоне длин волн 690-900 нм (в описании также приведены сведения и об УФ облучении при 364 нм) и измерение интенсивности возбужденной АФ в двух различных спектральных диапазонах - в области 410-530 нм, соответствующей флуорофорам мембраны Бруха и друз, и в области 505-700 нм, соответствующей, в основном, флуорофорам ЛГ в РПЭ. Затем определяют соотношение величин интенсивностей АФ, полученных в разных спектральных диапазонах, и сравнивают их с заранее определенным набором значений, соответствующих норме. Описанный способ имеет ряд недостатков. Реализация способа требует использования сложного и дорогостоящего оборудования, позволяющего генерировать возбуждающий свет в различных световых диапазонах. Многократное световое воздействие в процессе обследования светом различной длины волны и длительности импульса может быть некомфортно и небезопасно для пациента. Регистрация возбужденной АФ и измерение сравниваемых интенсивностей АФ происходит в диапазонах, соответствующих АФ широкого круга флуорофоров различной природы, локализующихся в различных тканях глаза. Это существенно усложняет анализ полученных данных и не позволяет выявить специфические особенности, связанные именно с развитием ВМД. Предлагаемый «полуколичественный» подход к диагностике заболевания, основанный на сравнении полученных данных с набором референтных значений, оставляет возможность неоднозначной трактовки результатов исследования.As a prototype adopted the method of early diagnosis of AMD, described in the application [US 2003/0004418 A1, publ. 02.01.2003], in which an approach was used based on a comparison of AF intensities in different spectral ranges after exposure to certain parts of the fundus of the eye with a light source with different wavelengths. The method includes exposure to the fundus of the light flux in the wavelength range of 400-490 nm or laser radiation in the wavelength range of 690-900 nm (the description also contains information on UV irradiation at 364 nm) and measurement of the intensity of the excited AF in two different spectral ranges - in the region of 410-530 nm, corresponding to fluorophores of the Bruch and Druze membrane, and in the region of 505-700 nm, corresponding mainly to LH fluorophores in the RPE. Then, the ratio of the AF intensities obtained in different spectral ranges is determined and compared with a predetermined set of values corresponding to the norm. The described method has several disadvantages. The implementation of the method requires the use of complex and expensive equipment that allows you to generate exciting light in different light ranges. Repeated exposure to light during the examination with light of different wavelengths and pulse durations can be uncomfortable and unsafe for the patient. Registration of excited AF and measurement of the compared AF intensities occurs in the ranges corresponding to the AF of a wide range of fluorophores of various nature, localized in various tissues of the eye. This significantly complicates the analysis of the obtained data and does not allow us to identify specific features associated specifically with the development of AMD. The proposed "semi-quantitative" approach to the diagnosis of the disease, based on a comparison of the obtained data with a set of reference values, leaves the possibility of an ambiguous interpretation of the research results.

Техническая проблема, на решение которой направлено настоящее изобретение, состоит в разработке доступного для широкого применения в практической офтальмологии способа выявления ранних доклинических стадий развития ВМД, основанного на использовании спектрального количественного параметра, характеризующего специфические изменения АФ глазного дна, связанные с развитием ВМД.The technical problem to which the present invention is directed is to develop a method for detecting early preclinical stages of AMD development, which is widely available in practical ophthalmology, based on the use of a spectral quantitative parameter characterizing specific changes in the fundus AF associated with the development of AMD.

Поставленная задача решена предлагаемым способом выявления ВМД, включающим световое возбуждение АФ глазного дна, регистрацию интенсивности возбужденной АФ в заданных спектральных диапазонах и последующую математическую обработку данных с получением диагностического критерия, отличающимся тем, что для возбуждения АФ используют световой сигнал светодиода с пиковой длиной волны 488 нм, регистрируют интенсивность возбужденной АФ в спектральном диапазоне 1, соответствующем диапазону 530-580 нм, и в спектральном диапазоне 2, соответствующем диапазону 600-650 нм, с помощью математической обработки данных получают значения величин интегральных интенсивностей сигналов АФ I1 и I2 в спектральных диапазонах 1 и 2 соответственно, а диагностический критерий рассчитывают как отношение I1 к I2, при этом при значении диагностического критерия, превышающем величину 1,15, констатируют наличие патологического процесса.The problem is solved by the proposed method for detecting AMD, including light excitation of the AF of the fundus, recording the intensity of the excited AF in the specified spectral ranges and subsequent mathematical processing of the data to obtain a diagnostic criterion, characterized in that for the excitation of the AF using a light signal from a LED with a peak wavelength of 488 nm , the intensity of the excited AF is recorded in the spectral range 1 corresponding to the range 530-580 nm, and in the spectral range 2 corresponding to in the range of 600-650 nm, using mathematical data processing, the values of the integral intensities of the AF signals I 1 and I 2 in the spectral ranges 1 and 2, respectively, are obtained, and the diagnostic criterion is calculated as the ratio of I 1 to I 2 , while with the value of the diagnostic criterion, exceeding 1.15, ascertain the presence of a pathological process.

Ниже приведены перечень и описание фигур чертежей, поясняющих сущность изобретения:The following is a list and description of the drawings, explaining the invention:

Фиг. 1. Картина АФ глазного дна в норме (а) и при ВМД (б). Фотографии предоставлены ФГУ «МНТК «Микрохирургия глаза» им. акад. С.Н. Федорова Росмедтехнологии».FIG. 1. The AF pattern of the fundus is normal (a) and with AMD (b). Photos courtesy of FGU MNTK Eye Microsurgery named after Acad. S.N. Fedorova Rosmedtehnologii ".

Фиг. 2. Спектры флуоресценции суспензий клеток РПЭ (вверху) и результаты ВЭЖХ-анализа хлороформных экстрактов флуорофоров, содержащихся в этих суспензиях (внизу) для доноров в возрасте 59 лет («норма» и «патология»). Длина волны возбуждающего света 488 нм. Спектры нормализованы по длине волны 592 нм. Спектр, обозначенный «н», соответствует норме, «п» - патологии. На хроматограммах пики в области 1 соответствуют продуктам фотоокисления и фотодеградации бисретиноидов (флуорофоров), пики в области 2 соответствуют А2Е (бис-ретинилиден этаноламину) и его изомерным формам.FIG. 2. Fluorescence spectra of RPE cell suspensions (above) and HPLC analysis of chloroform extracts of fluorophores contained in these suspensions (below) for donors aged 59 years (“normal” and “pathology”). The wavelength of the exciting light is 488 nm. The spectra are normalized at a wavelength of 592 nm. The spectrum indicated by "n" corresponds to the norm, "p" - pathology. In the chromatograms, the peaks in region 1 correspond to the products of photooxidation and photodegradation of bisretinoids (fluorophores), the peaks in region 2 correspond to A2E (bis-retinylidene ethanolamine) and its isomeric forms.

Фиг. 3. Усредненные спектры флуоресценции суспензий клеток РПЭ, полученных из кадаверных глаз доноров разного возраста в группах «норма» (n = 10) и «патология» (n = 7). Длина волны возбуждающего света 488 нм. Спектры нормированы по длине волны 592 нм.FIG. 3. Averaged fluorescence spectra of RPE cell suspensions obtained from cadaver eyes of donors of different ages in the “normal” (n = 10) and “pathology” groups (n = 7). The wavelength of the exciting light is 488 nm. The spectra are normalized at a wavelength of 592 nm.

Фиг. 4. Спектры флуоресценции суспензий клеток РПЭ из кадаверных глаз доноров в возрасте 59 лет («норма» и «патология») с указанием спектральных диапазонов I1 (530-580 нм) и I2 (600-650 нм), используемых для получения диагностического критерия К.FIG. 4. Fluorescence spectra of RPE cell suspensions from cadaver eyes of donors aged 59 years (“normal” and “pathology”) with spectral ranges I 1 (530-580 nm) and I 2 (600-650 nm) used to obtain diagnostic criterion K.

Фиг. 5. Блок-схема (А) и принципиальная оптическая схема (Б) устройства для осуществления заявляемого способа.FIG. 5. The block diagram (A) and the schematic optical diagram (B) of the device for implementing the inventive method.

1 - Глазная линза;1 - Eye lens;

2 - Светоделитель;2 - Beam splitter;

3 - Изображающий блок;3 - Depicting block;

3.1 - Промежуточный объектив;3.1 - Intermediate lens;

3.2 - Изображающий объектив;3.2 - Imaging lens;

4 - Дихроичный светоделитель;4 - Dichroic beam splitter;

5 - Датчик изображения диапазона 1;5 - Image sensor range 1;

6 - Датчик изображения диапазона 2;6 - image sensor range 2;

7 - Осветительный блок;7 - Lighting unit;

7.1 - Источник света, включающий светодиод синего диапазона;7.1 - Light source, including a blue range LED;

7.2 - Конденсор;7.2 - Capacitor;

7.3 - Дихроичный светоделитель;7.3 - Dichroic beam splitter;

7.4 - Изображающая линза системы освещения;7.4 - Imaging lens of a lighting system;

7.5 - Световолоконный жгут;7.5 - Fiber optic tow;

7.6 - Проекционная система;7.6 - Projection system;

7.7 - ИК-светодиод;7.7 - IR LED;

7.8 - Конденсор.7.8 - Capacitor.

F - Спектральный фильтрF - Spectral Filter

М - ДиафрагмаM - Aperture

В основе предлагаемого способа лежат результаты многолетних исследований авторов по сравнительному спектральному анализу флуорофоров в составе ЛГ из клеток РПЭ, выделенных из кадаверных глаз, соответствующих «норме» (отсутствие прижизненного офтальмологического заболевания), и «патологии» (наличие клинических признаков прижизненной ВМД). Эксперименты проводили на кадаверных глазах в соответствии с Законом РФ от 22 декабря 1992 г. N 4180-1 «О трансплантации органов и (или) тканей человека» с изменениями и дополнениями от 20 июня 2000 г., 16 октября 2006 г., 9 февраля, 29 ноября 2007 г., 23 мая 2016 г. До начала эксперимента каждый глаз был тщательно осмотрен врачом-офтальмологом для определения наличия клинических признаков ВМД («патология») или их отсутствия («норма») на глазном дне.The proposed method is based on the results of many years of research by the authors on a comparative spectral analysis of fluorophores in LH from RPE cells isolated from cadaver eyes corresponding to the “norm” (absence of intravital ophthalmic disease) and pathology (the presence of clinical signs of intravital AMD). The experiments were performed on cadaveric eyes in accordance with the Law of the Russian Federation of December 22, 1992 N 4180-1 “On transplantation of organs and (or) human tissues” with amendments and additions of June 20, 2000, October 16, 2006, February 9 , November 29, 2007, May 23, 2016. Before the start of the experiment, each eye was carefully examined by an ophthalmologist to determine if there are clinical signs of AMD ("pathology") or lack thereof ("norm") in the fundus.

Были исследованы образцы суспензии клеток РПЭ, полученные из индивидуальных кадаверных глаз двух групп доноров: группа «норма» включала 10 образцов, полученных от доноров в возрасте 27-68 лет, не имевших при жизни офтальмологических заболеваний, группа «патология» включала 7 образцов, полученных от доноров в возрасте 59-88 лет, страдавших при жизни ВМД. На Фиг. 2 в качестве примера показаны спектры флуоресценции суспензий клеток РПЭ и определенные при помощи ВЭЖХ-анализа, составы хлороформных экстрактов флуорофоров из этих суспензий, полученных из кадаверных глаз от доноров в возрасте 59 лет, соответствующие «норме» и «патологии». Из рисунка видно, что, независимо от возраста доноров, спектры флуоресценции имеют одинаковый характер и содержат две характерные полосы с максимумами в области 556 и 592 нм. В спектрах, соответствующих «норме», более выражен максимум при 592 нм, а на длине волны 556 нм наблюдается плечо. В спектрах образцов, полученных от доноров с прижизненной ВМД («патология»), более выражен максимум при 556 нм и менее - при 592 нм. Другими словами, в случае «патологии» наблюдается нарастание интенсивности полосы в области 556 нм, что свидетельствует о накоплении в ЛГ продуктов фотоокисления и фотодеградации бисретиноидов, спектры флуоресценции которых сдвинуты в более коротковолновую область по сравнению с бисретиноидами [Feldman et al, Anal. Bioanal. Chem. 2015, V. 407, N 4, P. 1075-1088]. Об этом же говорят и приведенные на Фиг. 2 данные ВЭЖХ-анализа образцов, соответствующих «норме» и «патологии». Сравнительный ВЭЖХ-анализ хлороформных экстрактов показывает значительные отличия в количественном и качественном составе продуктов в образцах, полученных из кадаверных глаз без патологии и с визуально наблюдаемыми признаками ВМД. При наличии «патологии» набор пиков в области 1 более разнообразный, при этом наблюдается увеличение их относительного содержания по сравнению с «нормой».We studied samples of RPE cell suspension obtained from the individual cadaver eyes of two groups of donors: the “norm” group included 10 samples obtained from donors aged 27-68 years who did not have ophthalmic diseases during their lifetime, the “pathology” group included 7 samples obtained from donors aged 59-88 years who suffered during the life of AMD. In FIG. Figure 2 shows, by way of example, the fluorescence spectra of RPE cell suspensions and determined by HPLC analysis, the compositions of chloroform extracts of fluorophores from these suspensions obtained from cadaver eyes from donors aged 59 years corresponding to “normal” and “pathology”. It can be seen from the figure that, regardless of the age of the donors, the fluorescence spectra are of the same nature and contain two characteristic bands with maxima in the regions of 556 and 592 nm. In the spectra corresponding to the “norm”, the maximum at 592 nm is more pronounced, and at the wavelength of 556 nm, a shoulder is observed. In the spectra of samples obtained from donors with intravital AMD (“pathology”), the maximum is more pronounced at 556 nm and less at 592 nm. In other words, in the case of “pathology,” an increase in the band intensity is observed in the region of 556 nm, which indicates the accumulation in the LH of the products of photooxidation and photodegradation of bisretinoids, whose fluorescence spectra are shifted to a shorter wavelength region compared to bisretinoids [Feldman et al, Anal. Bioanal. Chem. 2015, V. 407, N 4, P. 1075-1088]. This is also indicated in FIG. 2 HPLC analysis of samples corresponding to the “norm” and “pathology”. Comparative HPLC analysis of chloroform extracts shows significant differences in the quantitative and qualitative composition of the products in the samples obtained from cadaver eyes without pathology and with visually observed signs of AMD. In the presence of “pathology”, the set of peaks in region 1 is more diverse, while an increase in their relative content is observed in comparison with the “norm”.

На Фиг. 3 сопоставлены усредненные, нормированные по длине волны 592 нм, спектры флуоресценции образцов суспензии клеток РПЭ для групп «норма» и «патология», полученные от доноров разного возраста. Спектры были получены путем усреднения индивидуальных спектров флуоресценции образцов суспензии клеток РПЭ, полученных из каждого кадаверного глаза, с указанием стандартного отклонения в каждой точке спектра. Из рисунка видно, что в отсутствие патологии («норма») усредненный спектр АФ имеет выраженный максимум в области 592 нм и плечо при 556 нм, тогда, как в усредненном спектре флуоресценции, характеризующем «патологию», полоса в области 556 нм имеет большую интенсивность по сравнению с «нормой». При нормировании всех спектров на длине волны 592 нм становится очевидным, что для группы «патология» интенсивность флуоресценции в диапазоне 530-580 нм заметно возрастает, а в спектральном диапазоне 600-650 нм падает. Наблюдаемое изменение спектра флуоресценции свидетельствует о накоплении продуктов фотоокисления и фотодеградации бисретиноидов ЛГ, которое является индикатором развития патологического процесса [Т.В. Feldman, М.А. et. al. Anal. Bioanal. Chem. 2015. V. 407, N 4, P. 1075-1088]. Следует отметить, что эти продукты также являются сильными флуорофорами и проявляют фототоксические свойства. Повышенное содержание продуктов фотоокисления и фотодеградации бисретиноидов в ЛГ указывает на то, что органы зрения донора подвергались интенсивному воздействию света, результатом чего и стало накопление этих продуктов. Важно учитывать и тот факт, что одновременно с фотоокислением и фотодеградацией бисретиноидов происходит и образование активных форм кислорода, которые, как известно, могут приводить к перекисному окислению липидов и повреждению клеточных структур. Все эти процессы в совокупности инициируют или усугубляют прогрессирование ВМД и постепенно из доклинической фазы, когда ни в картине АФ, ни в субъективных ощущениях пациента болезнь еще не обнаруживается, переходит на стадию гибели клеток сетчатки и РПЭ, ведущей к слепоте. Последствия таких процессов накапливаются постепенно: с течением времени образование продуктов фотоокисления и фотодеградации бисретиноидов уже вносит свой вклад в спектральную картину АФ глазного дна, демонстрируя показанные выше изменения спектральных характеристик, тогда как клинические признаки наличия этих дегенеративных процессов проявятся позднее.In FIG. Figure 3 compares the averaged, normalized at a wavelength of 592 nm, fluorescence spectra of RPE cell suspension samples for the “normal” and “pathology” groups obtained from donors of different ages. Spectra were obtained by averaging the individual fluorescence spectra of RPE cell suspension samples obtained from each cadaver eye, indicating the standard deviation at each point in the spectrum. It can be seen from the figure that in the absence of pathology (the “norm”), the averaged AF spectrum has a pronounced maximum in the region of 592 nm and a shoulder at 556 nm, whereas in the averaged fluorescence spectrum characterizing the “pathology”, the band in the region of 556 nm has a higher intensity in comparison with the "norm". When normalizing all spectra at a wavelength of 592 nm, it becomes obvious that for the pathology group, the fluorescence intensity in the range of 530-580 nm increases markedly, and decreases in the spectral range of 600-650 nm. The observed change in the fluorescence spectrum indicates the accumulation of products of photooxidation and photodegradation of LH bisretinoids, which is an indicator of the development of the pathological process [T.V. Feldman, M.A. et. al. Anal. Bioanal. Chem. 2015. V. 407, N 4, P. 1075-1088]. It should be noted that these products are also strong fluorophores and exhibit phototoxic properties. The increased content of the products of photooxidation and photodegradation of bisretinoids in LH indicates that the organs of vision of the donor were exposed to intense light, which resulted in the accumulation of these products. It is important to take into account the fact that, along with photooxidation and photodegradation of bisretinoids, the formation of reactive oxygen species occurs, which, as you know, can lead to lipid peroxidation and damage to cellular structures. All these processes together initiate or exacerbate the progression of AMD and gradually from the preclinical phase, when the disease is not yet detected either in the AF pattern or in the subjective sensations of the patient, goes to the stage of death of retinal cells and RPE, leading to blindness. The consequences of such processes accumulate gradually: over time, the formation of the products of photooxidation and photodegradation of bisretinoids already contributes to the spectral pattern of AF of the fundus, demonstrating the changes in spectral characteristics shown above, while the clinical signs of the presence of these degenerative processes will appear later.

Результаты, полученные при исследовании образцов, соответствующих как «норме», так и «патологии», показали, что закономерности изменения количественного и качественного состава флуорофоров, а также их спектральные характеристики практически не зависят от возраста доноров, а определяются только наличием или отсутствием патологических изменений в РПЭ, имеют характерные, хорошо воспроизводимые особенности, которые могут быть использованы в качестве экспериментальной основы для разработки диагностического признака наличия патологии. Изменение спектров АФ, обусловленное наличием продуктов фотоокисления и фотодеградации бисретиноидов в ЛГ, может являться диагностическим признаком наличия ранней доклинической стадии заболевания.The results obtained in the study of samples corresponding to both the “norm” and the “pathology” showed that the patterns of change in the quantitative and qualitative composition of fluorophores, as well as their spectral characteristics, are practically independent of the age of the donors, but are determined only by the presence or absence of pathological changes in RPEs, they have characteristic, well reproducible features that can be used as an experimental basis for developing a diagnostic sign of pathology. A change in the AF spectra due to the presence of the products of photooxidation and photodegradation of bisretinoids in PH can be a diagnostic sign of the presence of an early preclinical stage of the disease.

Согласно заявляемому способу количественный параметр К, характеризующий отличие спектра АФ глазного дна при наличии патологии от спектра АФ в норме и принятый нами в качестве диагностического критерия, определяется отношениемAccording to the claimed method, a quantitative parameter K, characterizing the difference between the AF spectrum of the fundus in the presence of pathology from the AF spectrum is normal and accepted by us as a diagnostic criterion, is determined by the ratio

Figure 00000001
Figure 00000001

где I1 - интегральная интенсивность сигнала АФ в диапазоне 1, соответствующем длинам волн 530-580 нм, I2 - интегральная интенсивность сигнала АФ в диапазоне 2, соответствующем длинам волн 600-650 нм (Фиг. 4), т.е. в тех диапазонах спектра, в которых наблюдаются максимальные отличия интенсивности флуоресценции для групп «норма» и «патология».where I 1 is the integral intensity of the AF signal in the range 1 corresponding to wavelengths of 530-580 nm, I 2 is the integral intensity of the AF signal in the range 2 corresponding to wavelengths of 600-650 nm (Fig. 4), i.e. in those spectral ranges in which the maximum differences in fluorescence intensity are observed for the “normal” and “pathology” groups.

Под интегральной интенсивностью в спектральных диапазонах 1 и 2 в контексте данного описания понимают следующие величины:The integral values in the spectral ranges 1 and 2 in the context of this description understand the following values:

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

где x, y - координаты точек на глазном дне (или в изображении глазного дна) в пределах заданной области Ω.where x, y are the coordinates of the points on the fundus (or in the fundus image) within a given region Ω.

Анализ экспериментальных данных показывает, что для группы «норма»The analysis of experimental data shows that for the group "norm"

Figure 00000004
Figure 00000004

в то время, как для группы «патология»while for the pathology group

Figure 00000005
Figure 00000005

Таким образом, группы «норма» и «патология» вполне сепарабельны по данному критерию, который мы предлагаем использовать в качестве количественного диагностического признака, характеризующего наличие патологического процесса: полученное при обследовании пациента значение K, превышающее величину 1,15, свидетельствует о наличии ВМД.Thus, the “norm” and “pathology” groups are quite separable according to this criterion, which we propose to use as a quantitative diagnostic sign characterizing the presence of a pathological process: the K value obtained during examination of the patient, exceeding 1.15, indicates the presence of AMD.

В отличие от широко используемого в настоящее время метода регистрации АФ, при котором диагноз ВМД ставится на основании субъективно определяемых качественных отличий в картине АФ пациента и картине АФ, соответствующей усредненной норме (Фиг. 1), предлагаемый нами критерий носит объективный количественный характер. При этом благодаря высокой чувствительности используемых спектральных методов анализа, значение диагностического критерия К, превышающее 1,15, может указывать на наличие такой ранней стадии заболевания, когда не только не проявляются клинические симптомы, но и визуальная картина АФ еще практически не отличается от нормы.In contrast to the currently used AF registration method, in which the diagnosis of AMD is made on the basis of subjectively determined qualitative differences in the patient’s AF picture and the AF picture corresponding to the averaged norm (Fig. 1), our proposed criterion is objective quantitative. Moreover, due to the high sensitivity of the used spectral analysis methods, the value of the diagnostic criterion K in excess of 1.15 may indicate the presence of such an early stage of the disease when not only the clinical symptoms do not appear, but the visual picture of AF is still practically the same.

Существенные отличия заявляемого способа от прототипа состоят в следующем.Significant differences of the proposed method from the prototype are as follows.

1. Согласно прототипу для возбуждения АФ тканей глазного дна используют световое воздействие с различными спектральными характеристиками - от УФ (364 нм) до импульсного лазерного ИК излучения в области 690-900 нм. Реализация способа требует использования сложного и дорогостоящего оборудования, позволяющего генерировать возбуждающий свет в различных световых диапазонах. Многократное световое воздействие в процессе обследования светом различной длины волны и длительности импульса может быть некомфортно и небезопасно для пациента. В отличие от прототипа, в настоящем изобретении используют только возбуждающий свет светодиода с пиковой длиной волны 488 нм, что позволяет проводить обследование с помощью обычного, доступного для массового использования офтальмологического оборудования в щадящем для пациента режиме, предполагающем однократное миллисекундное (длительность от 1 мс до 200 мс) импульсное световое воздействие на глаз. При этом оказывается возможным выявить изменения в интенсивности АФ в определенных спектральных диапазонах, связанные с накоплением в РПЭ специфических продуктов, указывающих на развитие ВМД. Использование светодиодного источника освещения позволяет избежать спекл-модуляции, интерференционных артефактов, которые могут привести к неравномерности освещения глазного дна. Согласно прототипу регистрация возбужденной АФ и измерение сравниваемых интенсивностей АФ происходит в диапазонах длин волн 410-530 нм и 505-710 нм, соответствующих АФ широкого круга флуорофоров различной природы, локализующихся в различных тканях глаза. Это существенно усложняет анализ полученных данных и не позволяет выявить специфические особенности, связанные с развитием ВМД. Настоящее изобретение, основанное на исследовании более тонких спектральных особенностей АФ в диапазоне 530-650 нм, позволяет повысить надежность выявления ВМД, поскольку именно в этом спектральном диапазоне проявляются количественные и качественные различия в сигналах АФ, связанные с накоплением в РПЭ специфических продуктов, сопровождающих развитие ВМД.1. According to the prototype for the excitation of AF of the fundus tissue using light exposure with various spectral characteristics - from UV (364 nm) to pulsed laser IR radiation in the range of 690-900 nm. The implementation of the method requires the use of complex and expensive equipment that allows you to generate exciting light in different light ranges. Repeated exposure to light during the examination with light of different wavelengths and pulse durations can be uncomfortable and unsafe for the patient. In contrast to the prototype, the present invention uses only exciting light LED with a peak wavelength of 488 nm, which allows examination using conventional, affordable for mass use ophthalmic equipment in a patient-friendly mode, assuming a single millisecond (duration from 1 ms to 200 ms) pulsed light exposure on the eye. In this case, it is possible to detect changes in the AF intensity in certain spectral ranges associated with the accumulation of specific products in the RPE that indicate the development of AMD. The use of an LED light source avoids speckle modulation, interference artifacts, which can lead to uneven illumination of the fundus. According to the prototype, the registration of excited AF and measurement of the compared AF intensities takes place in the wavelength ranges of 410-530 nm and 505-710 nm, corresponding to AF of a wide range of fluorophores of various nature, localized in various tissues of the eye. This significantly complicates the analysis of the data and does not allow to identify specific features associated with the development of AMD. The present invention, based on a study of the finer spectral features of AF in the range of 530-650 nm, can improve the reliability of detection of AMD, since it is in this spectral range that quantitative and qualitative differences in AF signals are manifested due to the accumulation in the RPE of specific products accompanying the development of AMD .

2. В отличие от прототипа, предлагаемый способ выявления ВМД основан на использовании конкретного количественного параметра, характеризующего соотношение интенсивности АФ содержащихся в РПЭ продуктов фотоокисления и фотодеградации бисретиноидов в тех узких спектральных областях, в которых отличия между «нормой» и «патологией» проявляются в максимальной степени. Это позволяет получить надежный объективный результат обследования пациента, не зависящий от субъективных факторов и предшествующего опыта проводящего обследование специалиста.2. In contrast to the prototype, the proposed method for detecting AMD is based on the use of a specific quantitative parameter characterizing the ratio of the AF intensity of the products of photooxidation and photodegradation of bisretinoids contained in RPEs in those narrow spectral regions in which the differences between the “norm” and “pathology” are manifested in the maximum degrees. This allows you to get a reliable objective result of the examination of the patient, not depending on subjective factors and previous experience of the examining specialist.

Для реализации способа может быть использовано простое, доступное для массового применения оборудование, например стандартная фундус-камера с модернизированным, как описано ниже, источником света, и снабженная дополнительным блоком, обеспечивающим возможность детектирования сигналов АФ в разных спектральных диапазонах 530-580 нм и 600-650 нм, соответствующих диапазонам 1 и 2, в которых наблюдаются максимальные отличия в сигналах АФ для «нормы» и «патологии» (см. Фиг. 4).To implement the method, simple equipment available for mass use can be used, for example, a standard fundus camera with a light source modernized as described below and equipped with an additional unit that allows the detection of AF signals in different spectral ranges of 530-580 nm and 600- 650 nm, corresponding to ranges 1 and 2, in which the maximum differences in AF signals for "normal" and "pathology" are observed (see Fig. 4).

На Фиг. 5 показана блок-схема А и принципиальная оптическая схема Б устройства, позволяющего реализовать предлагаемый способ. Элементы 1-3 и 7 соответствуют устройству обычной фундус-камеры, позволяющей получать качественную картину АФ глазного дна. Глазная линза 1 расположена между глазом и светоделителем 2, соединенным с изображающим блоком 3, содержащим промежуточный объектив 3.1 и изображающий объектив 3.2. Дополнительный блок включает дихроичный светоделитель 4, предназначенный для спектрального разделения изображений, и два датчика изображений 5 и 6, позволяющие независимо одновременно или поочередно детектировать сигналы в разных спектральных диапазонах. В качестве датчика изображения целесообразно использовать матричные фотодетекторы. Для обеспечения механической прочности конструкции элементы 4-6 могут быть объединены в моноблок. Устройство снабжено осветительным блоком 7, включающим источник света 7.1, в качестве которого могут быть использованы различные узкополосные или широкополосные источники света, снабженные пропускными фильтрами для получения спектрального диапазона 480-490 нм, конденсор 7.2, дихроичный светоделитель 7.3, изображающую линзу системы освещения 7.4, световолоконный жгут 7.5 и проекционную систему 7.6.In FIG. 5 shows a block diagram A and a schematic optical diagram B of a device that allows implementing the proposed method. Elements 1-3 and 7 correspond to the device of a conventional fundus camera, which allows to obtain a high-quality AF picture of the fundus. The eye lens 1 is located between the eye and the beam splitter 2 connected to the imaging unit 3 containing the intermediate lens 3.1 and the imaging lens 3.2. An additional unit includes a dichroic beam splitter 4, intended for spectral separation of images, and two image sensors 5 and 6, which allow independently or simultaneously detecting signals in different spectral ranges. It is advisable to use matrix photodetectors as an image sensor. To ensure the mechanical strength of the structure, elements 4-6 can be combined into a monoblock. The device is equipped with a lighting unit 7, including a 7.1 light source, which can be used various narrow-band or wide-band light sources equipped with pass filters to obtain a spectral range of 480-490 nm, a condenser 7.2, a dichroic beam splitter 7.3, depicting the lens of the lighting system 7.4, fiber optic tourniquet 7.5 and projection system 7.6.

В качестве источника света 7.1. целесообразно использовать светодиодный источник высокой эффективности, например, источники со спектрами «Royal Blue» и «Blue» (430-530 нм). Спектр типа «Royal Blue» характеризуется более высокой эффективностью возбуждения флуоресценции, однако при значительном старении хрусталика характерные для него спектральные компоненты могут им сильно поглощаться. Выбор того или иного источника возбуждающего света зависит от возрастного среза диагностируемых пациентов. Примером серийно выпускаемых источников данного типа являются светодиоды XLamp® XQ-E, производимые компанией Сrее (США). Данные источники могут излучать до 1 Вт световой мощности при управляющем токе 800 мА, что более чем достаточно для возбуждения АФ даже с учетом потерь в формирующей оптике.As a light source 7.1. it is advisable to use a high-efficiency LED source, for example, sources with the Royal Blue and Blue spectra (430-530 nm). The spectrum of the Royal Blue type is characterized by a higher efficiency of fluorescence excitation, however, with significant aging of the lens, the spectral components characteristic of the lens can be strongly absorbed by it. The choice of a particular source of exciting light depends on the age section of the diagnosed patients. An example of commercially available sources of this type are XLamp® XQ-E LEDs manufactured by Сrее (USA). These sources can emit up to 1 W of light power at a control current of 800 mA, which is more than enough to excite AF even taking into account losses in the forming optics.

Устройство работает следующим образом: излучение светодиода 7.1 собирается конденсором 7.2 и в виде квазипараллельного пучка поступает на дихроичный светоделитель 7.3, где полностью отражается делительной гранью и направляется на изображающую линзу системы освещения 7.4, назначение которой - совмещение углового и линейного размеров изображения источника с параметрами входной приемной апертуры стекловолоконного жгута 7.5. Стекловолоконный жгут 7.5. служит для транспортировки излучения от источника света 7.1. к оптическому модулю устройства и преобразования его апертуры из круговой в кольцевую, как показано на Фиг. 5Б. Следует отметить, что использование стекловолоконного жгута не является обязательным, и систему освещения можно разместить непосредственно в оптическом модуле. В этом случае в фокальной плоскости линзы 7.4 следует установить кольцевую диафрагму М. Проекционная система 7.6 создает изображение кольцевой светящейся апертуры (выходной торец световолоконного жгута 7.5 или диафрагмы М) в плоскости светоделителя 2, который выполняют в виде зеркала с отверстием таким образом, что излучение освещения отражается от зеркальной поверхности, а центральное отверстие используют для наблюдения. Это позволяет реализовать принцип разделения зрачков, предполагающий, что в конструкции устройства зрачок для освещения не перекрывается со зрачком наблюдения, что позволяет получить высококачественное изображение сетчатки, свободное от мешающего действия бликов от роговицы и линз оптической системы. Следует отметить, что реализация принципа геометрического разделения зрачков является полезной опцией, улучшающей эксплуатационные характеристики прибора, однако, при наблюдении АФ РПЭ геометрическое разделение зрачков не является обязательным, поскольку блики от возбуждающего излучения эффективно подавляются спектральными фильтрами F. В этом случае светоделитель 2 можно выполнить в виде дихроичного зеркала, отражающего излучение с длиной волны до 500 нм и пропускающего излучение диапазонов 1 и 2. При этом можно исключить преобразование апертуры световолоконным жгутом 7.5 и применение диафрагмы М и,тем самым сделать конструкцию еще более простой и дешевой.The device operates as follows: the radiation of LED 7.1 is collected by the capacitor 7.2 and enters the dichroic beam splitter 7.3 in the form of a quasi-parallel beam splitter, where it is completely reflected by the dividing face and sent to the imaging lens of the lighting system 7.4, the purpose of which is to combine the angular and linear dimensions of the source image with the parameters of the input receiver apertures of fiberglass tow 7.5. Fiberglass tow 7.5. serves to transport radiation from a light source 7.1. to the optical module of the device and converting its aperture from circular to circular, as shown in FIG. 5 B. It should be noted that the use of a fiberglass bundle is not mandatory, and the lighting system can be placed directly in the optical module. In this case, an annular diaphragm M should be installed in the focal plane of the lens 7.4. The projection system 7.6 creates an image of an annular luminous aperture (output end of the fiber optic bundle 7.5 or diaphragm M) in the plane of the beam splitter 2, which is made in the form of a mirror with a hole in such a way that the light radiation reflected from the mirror surface, and the central hole is used for observation. This makes it possible to implement the principle of pupil separation, which assumes that the pupil for lighting does not overlap with the pupil of observation in the device’s design, which allows to obtain a high-quality image of the retina, free from the interfering effects of glare from the cornea and lenses of the optical system. It should be noted that the implementation of the principle of geometric pupil separation is a useful option that improves the operational characteristics of the device, however, when observing AF RPE, geometric pupil separation is not necessary, since glare from the exciting radiation is effectively suppressed by spectral filters F. In this case, the beam splitter 2 can be performed in in the form of a dichroic mirror reflecting radiation with a wavelength of up to 500 nm and transmitting radiation of ranges 1 and 2. In this case, the converted e aperture optical fibers and application of a tourniquet 7.5 M aperture and thereby make the design more simple and cheap.

Для обеспечения комфорта проходящих обследование пациентов начальное наведение прибора целесообразно проводить на невидимом ИК-излучении. С этой целью устройство комплектуют ИК-светодиодом 7.7, излучающим, предпочтительно, в диапазоне 740-850 нм, и конденсором 7.8. Дихроичный светоделитель 4 должен пропускать излучение в диапазоне 740-850 нм на матричный фотодетектор 6, при этом изображение, регистрируемое детектором, визуализируется на видеомониторе (на схеме не показан) и используется оператором для наведения - фокусировки и совмещения входного зрачка прибора со зрачком глаза испытуемого.To ensure the comfort of patients undergoing examination, the initial guidance of the device should be carried out on invisible infrared radiation. For this purpose, the device is equipped with an IR LED 7.7, emitting, preferably in the range of 740-850 nm, and a capacitor 7.8. A dichroic beam splitter 4 must transmit radiation in the range of 740-850 nm to a matrix photodetector 6, while the image recorded by the detector is visualized on a video monitor (not shown in the diagram) and used by the operator to direct - focus and align the input pupil of the device with the pupil of the subject's eye.

Глазная линза 1 создает изображение освещенной кольцевой апертуры в плоскости зрачка исследуемого глаза, что обеспечивает равномерную засветку глазного дна. Изображение глазного дна строится в промежутке между линзой 1 и светоделителем 2. Промежуточный объектив 3.1 переносит это изображение с необходимым увеличением в промежуточную плоскость перед объективом 3.2, который служит для проецирования изображения глазного дня в необходимом масштабе на датчики изображения 5 и 6. Спектральное разделение изображений в спектральных диапазонах 1 и 2 производится дихроичным светоделителем 4. В качестве датчиков изображений (матричных фотодетекторов) могут быть использованы распространенные ПЗС или КМОП матричные датчики изображений, например сенсор IMX174, выпускаемый компанией SONY (Япония). Датчики изображений располагают с таким расчетом, чтобы каждому элементу разрешения картины I1(x, y) соответствовал элемент разрешения I2(x, y). Как правило, один элемент оптического разрешения соответствует 2-4 пикселям матричного детектора. При размере пикселя сенсора IMX174, равном 5,8 мкм, необходимая точность совмещения элементов изображения на датчиках изображения 5 и 6 составляет 10-20 мкм, что вполне достижимо на текущем уровне развития техники. При необходимости дополнительная коррекция совмещения возможна методами цифровой обработки изображений.The eye lens 1 creates an image of the illuminated annular aperture in the plane of the pupil of the studied eye, which ensures uniform illumination of the fundus. An image of the fundus is constructed between the lens 1 and the beam splitter 2. The intermediate lens 3.1 transfers this image with the necessary magnification to the intermediate plane in front of the lens 3.2, which serves to project the image of the eye day in the required scale on image sensors 5 and 6. Spectral separation of the images in spectral ranges 1 and 2 are produced by a dichroic beam splitter 4. As image sensors (photodetector arrays), common CCDs or CMOS m can be used Image sensors, such as an IMX174 sensor manufactured by SONY (Japan). Image sensors are arranged so that each resolution element of the picture I 1 (x, y) corresponds to a resolution element I 2 (x, y). Typically, one optical resolution element corresponds to 2-4 pixels of a matrix detector. With an IMX174 sensor pixel size of 5.8 μm, the required accuracy of combining image elements on image sensors 5 and 6 is 10-20 μm, which is quite achievable at the current level of technology development. If necessary, additional alignment correction is possible using digital image processing methods.

Для упрощения конструкции дихроичного светоделителя 4 в схеме целесообразно применить предварительный фильтр F из цветного стекла, который пропускает излучение в диапазонах 1 и 2 и поглощает в диапазоне 480-490 нм, например фильтр ЖС17.To simplify the design of the dichroic beam splitter 4 in the circuit, it is advisable to use a colored glass pre-filter F, which transmits radiation in the ranges 1 and 2 and absorbs in the range 480-490 nm, for example, the ZhS17 filter.

Изобретение осуществляют следующим образом.The invention is as follows.

После завершения описанного выше процесса наведения, ИК-светодиод 7.7 выключают и включают светодиод 7.1 на время от 1 до 200 мс. Длительность экспозиции подбирается оператором, исходя из яркости и контрастности зарегистрированных изображений, и зависит от углового поля зрения прибора прозрачности сред исследуемого глаза и других факторов. Исследование можно проводить в режиме одновременной или поочередной фиксации датчиками изображения интенсивности АФ в диапазонах 1 и 2. В первом варианте в момент экспозиции оба датчика синхронно регистрируют сигналы АФ глазного дна в соответствующих спектральных диапазонах 1 и 2. По второму варианту регистрация происходит поочередно, то есть при одной экспозиции глазного дна получают изображение в спектральном диапазоне 1, а при второй - в спектральном диапазоне 2. Этот вариант менее комфортен для обследуемого, т.к. предполагает двукратную световую экспозицию. Кроме того, возникают технические проблемы, связанные с подвижностью глаза, вследствие чего на двух зарегистрированных поочередно изображениях будут иметь место относительные смещения. Для точного сопоставления элементов разрешения I1(x, y) и I2(x, y) потребуется достаточно сложная математическая обработка. Кроме того, при смещении глаза может возникнуть частичное виньетирование излучения подсветки зрачком глаза, что повлияет на интенсивность подсветки и внесет искажения в расчетные величины. Таким образом, вариант проведения исследования с одновременной регистрацией изображений в спектральных диапазонах 1 и 2 является предпочтительным.After completion of the guidance process described above, the 7.7 IR LED is turned off and the 7.1 LED is turned on for a period of 1 to 200 ms. The exposure duration is selected by the operator based on the brightness and contrast of the recorded images, and depends on the angular field of view of the instrument, the transparency of the media of the eye being examined, and other factors. The study can be carried out in the mode of simultaneous or alternate recording by the image sensors of AF intensity in the ranges 1 and 2. In the first embodiment, at the time of exposure, both sensors simultaneously synchronize the fundus AF signals in the corresponding spectral ranges 1 and 2. In the second embodiment, the registration takes place alternately, i.e. with one exposure of the fundus, an image in the spectral range 1 is obtained, and with the second in the spectral range 2. This option is less comfortable for the subject, because involves a double light exposure. In addition, there are technical problems associated with the mobility of the eye, as a result of which relative biases will occur in the two images recorded alternately. For an exact comparison of the resolution elements I 1 (x, y) and I 2 (x, y), a rather complicated mathematical processing is required. In addition, when the eye is shifted, partial illumination of the backlight radiation by the pupil of the eye may occur, which will affect the backlight intensity and introduce distortions into the calculated values. Thus, the option of conducting research with simultaneous registration of images in the spectral ranges 1 and 2 is preferred.

Зарегистрированные сигналы поступают в компьютер, где подвергаются цифровой обработке с получением значений величин I1 и I2, Алгоритм расчета основан на зависимости интенсивности сигнала АФ от длины волны детектирования в заданной области глазного дна Ω с учетом приведенных выше соотношений (2) и (3). Отношение полученных значений

Figure 00000006
дает величину диагностического критерия К. При значениях К выше 1,15, констатируют наличие патологического процесса развития ВМД даже в случае отсутствия клинических признаков заболевания, таких как детектируемое изменение картины АФ глазного дна или субъективных жалоб пациента.The registered signals are sent to a computer, where they are digitally processed to obtain the values of I 1 and I 2. The calculation algorithm is based on the dependence of the AF signal intensity on the detection wavelength in a given region of the fundus Ω taking into account the above relations (2) and (3) . The ratio of the obtained values
Figure 00000006
gives the value of the diagnostic criterion K. At values of K above 1.15, the presence of the pathological process of AMD development is noted even in the absence of clinical signs of the disease, such as a detectable change in the AF pattern of the fundus or subjective complaints of the patient.

Claims (5)

1. Способ диагностики возрастной макулярной дистрофии сетчатки, включающий световое возбуждение аутофлуоресценции глазного дна, регистрацию интенсивности возбужденной аутофлуоресценции в заданных спектральных диапазонах и последующую математическую обработку данных с получением диагностического критерия, отличающийся тем, что для возбуждения аутофлуоресценции используют световой сигнал светодиода с пиковой длиной волны 488 нм, регистрируют интенсивность возбужденной аутофлуоресценции в спектральной области 1, соответствующей диапазону 530-580 нм, и в спектральной области 2, соответствующей диапазону 600-650 нм, с помощью математической обработки получают значения величин интегральных интенсивностей сигналов аутофлуоресценции I1 и I2 в спектральных областях 1 и 2 соответственно, а диагностический критерий рассчитывают как отношение I1 к I2, при этом при значении диагностического критерия, превышающем величину 1,15, констатируют наличие патологического процесса.1. A method for diagnosing age-related macular dystrophy of the retina, including light excitation of autofluorescence autofluorescence of the fundus, recording the intensity of excited autofluorescence in the given spectral ranges and subsequent mathematical processing of the data to obtain a diagnostic criterion, characterized in that for the excitation of autofluorescence, a light signal of 48 LEDs with a peak of 8 is used nm, the intensity of the excited autofluorescence in the spectral region 1 corresponding to pazonu 530-580 nm and in the spectral region 2 corresponding to the range of 600-650 nm, using a mathematical treatment, the values of integrated autofluorescence signal intensities I 1 and I 2 in the spectral regions 1 and 2 respectively, and the diagnostic criteria was calculated as the ratio of I 1 to I 2 , while with the value of the diagnostic criterion exceeding 1.15, the presence of a pathological process is noted. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для его осуществления используют фундус-камеру, снабженную дихроичным фотоделителем и двумя датчиками изображения, фиксирующими аутофлуоресценцию в областях 1 и 2 соответственно.2. The method according to p. 1, characterized in that for its implementation use a fundus camera equipped with a dichroic photo-splitter and two image sensors recording autofluorescence in regions 1 and 2, respectively. 3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что датчики изображения фиксируют аутофлуоресценцию в областях 1 и 2 одновременно.3. The method according to p. 2, characterized in that the image sensors record autofluorescence in regions 1 and 2 at the same time. 4. Способ по п. 2, отличающийся тем, что датчики изображения фиксируют аутофлуоресценцию в областях 1 и 2 поочередно.4. The method according to p. 2, characterized in that the image sensors record autofluorescence in regions 1 and 2 alternately. 5. Способ по пп. 2-4, отличающийся тем, что в качестве датчиков изображения используют матричные фотодетекторы.5. The method according to PP. 2-4, characterized in that the image sensors use matrix photodetectors.
RU2017104485A 2017-02-13 2017-02-13 Method of early detection of age-related macular degeneration of the retina RU2651126C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017104485A RU2651126C1 (en) 2017-02-13 2017-02-13 Method of early detection of age-related macular degeneration of the retina

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017104485A RU2651126C1 (en) 2017-02-13 2017-02-13 Method of early detection of age-related macular degeneration of the retina

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2651126C1 true RU2651126C1 (en) 2018-04-18

Family

ID=61976674

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017104485A RU2651126C1 (en) 2017-02-13 2017-02-13 Method of early detection of age-related macular degeneration of the retina

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2651126C1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6371615B1 (en) * 1999-04-29 2002-04-16 Friedrich-Schiller-Universität Jena Buero für Furschungstransfer-Sachgebiet Schutzrechte Method and apparatus for determining fluorophores on objects, especially on the living ocular fundus
US20030004418A1 (en) * 2001-06-15 2003-01-02 Marmorstein Alan D. Apparatus and method for ratiometric quantitation of elicited autofluorescence of the eye
RU2312581C1 (en) * 2006-06-23 2007-12-20 ГУ Научно-исследовательский институт глазных болезней РАМН Method for diagnosing pathological changes in macular region
US7648239B2 (en) * 2007-05-01 2010-01-19 Richard Spaide Autofluorescence photography using a fundus camera
RU2386387C1 (en) * 2008-11-12 2010-04-20 Федеральное государственное учреждение "Межотраслевой научно-технический комплекс "Микрохирургия глаза" имени академика С.Н. Федорова Федерального агентства по высокотехнологичной медицинской помощи" Method for prediction of clinical course of age related macular degenerations
RU2411901C1 (en) * 2009-11-25 2011-02-20 Федеральное государственное учреждение "Межотраслевой научно-технический комплекс "Микрохирургия глаза" имени академика С.Н. Федорова Федерального агентства по высокотехнологичной медицинской помощи" Method of fluorescent diagnostics in course of photodynamic therapy of eye diseases

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6371615B1 (en) * 1999-04-29 2002-04-16 Friedrich-Schiller-Universität Jena Buero für Furschungstransfer-Sachgebiet Schutzrechte Method and apparatus for determining fluorophores on objects, especially on the living ocular fundus
US20030004418A1 (en) * 2001-06-15 2003-01-02 Marmorstein Alan D. Apparatus and method for ratiometric quantitation of elicited autofluorescence of the eye
RU2312581C1 (en) * 2006-06-23 2007-12-20 ГУ Научно-исследовательский институт глазных болезней РАМН Method for diagnosing pathological changes in macular region
US7648239B2 (en) * 2007-05-01 2010-01-19 Richard Spaide Autofluorescence photography using a fundus camera
RU2386387C1 (en) * 2008-11-12 2010-04-20 Федеральное государственное учреждение "Межотраслевой научно-технический комплекс "Микрохирургия глаза" имени академика С.Н. Федорова Федерального агентства по высокотехнологичной медицинской помощи" Method for prediction of clinical course of age related macular degenerations
RU2411901C1 (en) * 2009-11-25 2011-02-20 Федеральное государственное учреждение "Межотраслевой научно-технический комплекс "Микрохирургия глаза" имени академика С.Н. Федорова Федерального агентства по высокотехнологичной медицинской помощи" Method of fluorescent diagnostics in course of photodynamic therapy of eye diseases

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ФЕЛЬДМАН Т.Б. и др. Спектры флуоресценции и возбуждения флуофоров липофусциновых гранул, полученных из ретинального пигментного эпителия кадаверных глаз человека. Известия академии наук 2010 N1 с.269. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8326405B2 (en) Imaging of macular pigment distributions
EP0966224B1 (en) Method and system for measurement of macular carotenoid levels
US5582168A (en) Apparatus and methods for measuring characteristics of biological tissues and similar materials
Delori Spectrophotometer for noninvasive measurement of intrinsic fluorescence and reflectance of the ocular fundus
US7140730B2 (en) Optical apparatus and method for comprehensive eye diagnosis
US7039452B2 (en) Method and apparatus for Raman imaging of macular pigments
US7648239B2 (en) Autofluorescence photography using a fundus camera
US20030004418A1 (en) Apparatus and method for ratiometric quantitation of elicited autofluorescence of the eye
US20060134004A1 (en) Methods and apparatus for detection of carotenoids in macular tissue
Rovati et al. Autofluorescence methods in ophthalmology
Vienola et al. Microstructure of the retinal pigment epithelium near-infrared autofluorescence in healthy young eyes and in patients with AMD
US10856734B2 (en) Systems and methods of infrafred psychophysical measurement
EP2142076B1 (en) Autofluorescence photography using a fundus camera
US7058212B2 (en) Arrangement and method for determining the two-dimensional distribution of fundus pigments, particularly of the macular pigment xanthophyll
RU2651126C1 (en) Method of early detection of age-related macular degeneration of the retina
RU176795U1 (en) Optical device for the study of the fundus to detect age-related macular degeneration of the retina
RU2326582C1 (en) Method of age-specific cataract diagnostics
JP2019524172A (en) Ophthalmic apparatus for capturing fluorescent image of retina and method of using the same
Schweitzer et al. Evaluation of time-resolved autofluorescence images of the ocular fundus
Foubister et al. Spectral autofluorescence imaging of the retina for drusen detection
Schweitzer et al. Fluorescence Lifetime Imaging in Ophthalmology
Kunala et al. Near Infrared Autofluorescence Lifetime Imaging of Human Retinal Pigment Epithelium Using Adaptive Optics Scanning Light Ophthalmoscopy
Schweitzer et al. Comparison of time-resolved autofluorescence in the eye-ground of healthy subjects and patients, suffering from age-related macular degeneration
Jiao Visible Light OCT-Based Quantitative Imaging of Lipofuscin in the Retinal Pigment Epithelium
Schweitzer 20 Ophthalmic