RU2726130C1 - Method for assessing eye corneal hydration in a sub-terahertz frequency range - Google Patents
Method for assessing eye corneal hydration in a sub-terahertz frequency range Download PDFInfo
- Publication number
- RU2726130C1 RU2726130C1 RU2019135270A RU2019135270A RU2726130C1 RU 2726130 C1 RU2726130 C1 RU 2726130C1 RU 2019135270 A RU2019135270 A RU 2019135270A RU 2019135270 A RU2019135270 A RU 2019135270A RU 2726130 C1 RU2726130 C1 RU 2726130C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cornea
- radiation
- sub
- reflected signal
- hydration
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B3/00—Apparatus for testing the eyes; Instruments for examining the eyes
- A61B3/10—Objective types, i.e. instruments for examining the eyes independent of the patients' perceptions or reactions
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/145—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue
- A61B5/1455—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue using optical sensors, e.g. spectral photometrical oximeters
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
- A61F9/00—Methods or devices for treatment of the eyes; Devices for putting-in contact lenses; Devices to correct squinting; Apparatus to guide the blind; Protective devices for the eyes, carried on the body or in the hand
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Pathology (AREA)
- Ophthalmology & Optometry (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Surgery (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Vascular Medicine (AREA)
- Eye Examination Apparatus (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к медицине, а именно к офтальмологии, к способам оценки гидратации роговицы с помощью субтерагерцевого (субТГц) излучения. Способ может быть использован в диагностике заболеваний глаз, связанных с нарушением водного баланса (степени гидратации) роговицы.The invention relates to medicine, namely to ophthalmology, to methods for assessing corneal hydration using sub-hertz (sub THz) radiation. The method can be used in the diagnosis of eye diseases associated with a violation of the water balance (degree of hydration) of the cornea.
Адекватный контроль гидратации корнеосклеральной оболочки глаза очень важен для ранней диагностики и мониторинга прогрессирования различных офтальмологических патологий (дистрофии роговицы, кератоконуса, прогрессирующей близорукости, первичной открытоугольной глаукомы), выявления показаний и противопоказаний к кераторефракционной хирургии, выбора эффективных и безопасных методов местного медикаментозного лечения, включая слезозаместительную и гипотензивную терапию, и разработке алгоритма коррекции зрения с помощью контактных линз.Adequate monitoring of the hydration of the corneoscleral membrane of the eye is very important for the early diagnosis and monitoring of the progression of various ophthalmic pathologies (corneal dystrophy, keratoconus, progressive myopia, primary open-angle glaucoma), identification of indications and contraindications for kerato-refractive surgery, the choice of effective and safe methods of local drug treatment and antihypertensive therapy, and the development of a vision correction algorithm using contact lenses.
В настоящее время отек роговицы или ее дистрофия, предположительно, связанная со снижением гидратации, может быть диагностирована только косвенно - путем измерения толщины роговицы (топографическая пахиметрия), определения формы ее внешней поверхности (компьютерная видео-кератография и картирование роговицы (авторское свидетельство на изобретения, RU 1143418, 22.10.1982), путем измерения биомеханических параметров роговицы, с использованием анализатора ORA (Ocular Response Analyzer; ORA Reichert, США). Отек роговицы косвенным путем можно определить и по степени прозрачности роговицы с помощью оптического Шеймпфлюг сканирования роговицы инфракрасным излучением с оценкой денситометрического эпителиального пика и оптической плотности в слоях стромы роговицы (патент RU 2604711, 10.12.16 г.).Currently, corneal edema or its dystrophy, presumably associated with a decrease in hydration, can only be diagnosed indirectly - by measuring the thickness of the cornea (topographic pachymetry), determining the shape of its outer surface (computer video keratography and corneal mapping (copyright certificate for inventions, EN 1143418, 10.22.1982), by measuring the biomechanical parameters of the cornea, using an ORA analyzer (Ocular Response Analyzer; ORA Reichert, USA). Corneal edema can also be indirectly determined by the degree of transparency of the cornea using an optical Scheimfflug scanning of the cornea with infrared radiation with an estimate densitometric epithelial peak and optical density in the layers of the corneal stroma (patent RU 2604711, 10.12.16).
Однако изменения толщины, формы и прозрачности роговицы могут быть связаны не только с нарушением ее гидратации, но и с другими факторами, поэтому существующие косвенные методы оценки содержания воды в ткани роговицы недостаточно информативны.However, changes in the thickness, shape and transparency of the cornea can be associated not only with a violation of its hydration, but also with other factors, therefore, existing indirect methods for assessing the water content in the corneal tissue are not sufficiently informative.
В настоящее время в арсенале клинического офтальмолога не существует прямого бесконтактного метода определения гидратации роговицы. Использование электромагнитного излучения терагерцового (ТГц) и субтерагерцевого диапазонов частот для этой цели представляется весьма перспективным, поскольку в диапазоне частот 10-300 ГГц мнимая часть комплексного показателя преломления воды принимает максимальные значения (Фиг. 1 - Частотные зависимости действительной и мнимой части комплексной диэлектрической проницаемости и комплексного показателя преломления воды в диапазоне 0.1 МГц-10 ТГц, при температуре 37°С, рассчитанные по аппроксимационной модели (Ray P.S. Broadband complex refractive indices of ice and water. // Applied Optics. 1972. V. 11. №. 8. P. 1836-1844).Currently, in the arsenal of a clinical ophthalmologist, there is no direct non-contact method for determining corneal hydration. The use of electromagnetic radiation from the terahertz (THz) and sub-terahertz frequency ranges for this purpose seems very promising, since in the frequency range 10-300 GHz the imaginary part of the complex refractive index of water takes maximum values (Fig. 1 - Frequency dependences of the real and imaginary parts of the complex dielectric constant and complex refractive index of water in the range 0.1 MHz-10 THz, at a temperature of 37 ° C, calculated by the approximation model (Ray PS Broadband complex refractive indices of ice and water. // Applied Optics. 1972. V. 11. No. 8. P . 1836-1844).
Поэтому в данном диапазоне отражательная способность воды будет достаточно высокой, а поглощение в слое воды будет очень большим. Следовательно, даже небольшое изменение количества воды в роговице будет оказывать существенное влияние на отражательные и пропускательные характеристики роговицы глаза в субтерагерцевом диапазоне.Therefore, in this range, the reflectivity of the water will be quite high, and the absorption in the water layer will be very large. Therefore, even a small change in the amount of water in the cornea will have a significant effect on the reflective and transmission characteristics of the cornea in the sub-hertz range.
В настоящее время только несколько исследовательских групп в мире занимаются разработкой системы для ТГц сканирования гидратации биологических тканей. Для этой цели в основном используются импульсные ТГц источники.Currently, only a few research groups in the world are developing a system for THz scanning the hydration of biological tissues. For this purpose, pulsed THz sources are mainly used.
Известны способы ТГц-визуализации при диагностике рака кожи, меланомы и анализе ожогов кожи на основе измерения концентрации воды (Mittleman D., ed. Sensing with terahertz radiation. Berlin: Springer, 2003. P. 117-153; Wallace V.P., Fitzgerald A.J., Shankar S., et al. Terahertz pulsed imaging of basal cell carcinoma ex vivo and in vivo. British Journal of Dermatology. 2004; 151(2): 424-432; Dougherty J.P., Jubic G.D., Kiser W. L. Jr. Terahertz imaging of burned tissue. Integrated Optoelectronic Devices 2007. International Society for Optics and Photonics, 2007. P. 64720; Bajwa N. et al. Non-invasive terahertz imaging of tissue water content for flap viability assessment. Biomedical Optics Express. 2017; 8(1): 460-474).Known methods for THz imaging in the diagnosis of skin cancer, melanoma and analysis of skin burns based on the measurement of water concentration (Mittleman D., ed. Sensing with terahertz radiation. Berlin: Springer, 2003. P. 117-153; Wallace VP, Fitzgerald AJ, Shankar S., et al. Terahertz pulsed imaging of basal cell carcinoma ex vivo and in vivo. British Journal of Dermatology. 2004; 151 (2): 424-432; Dougherty JP, Jubic GD, Kiser WL Jr. Terahertz imaging of burned tissue. Integrated Optoelectronic Devices 2007. International Society for Optics and Photonics, 2007. P. 64720; Bajwa N. et al. Non-invasive terahertz imaging of tissue water content for flap viability assessment. Biomedical Optics Express. 2017; 8 (1) : 460-474).
Известен способ ТГц сканирования гидратации роговицы глаза свиньи (Tewari P., Bourges J.L., Hubschman, D.В., et al. Terahertz sensing of corneal hydration. Terahertz sensing of corneal hydration. Annual International Conference of the IEEE, 2010; 3021-4), в котором используют традиционную схему получения импульсного ТГц излучения, состоящую из фотопроводящей антенны и фемтосекундного накачивающего лазера. Детектор на основе диода с барьером Шоттки служит в этой схеме приемником.There is a method of THz scanning of hydration of a pig’s cornea (Tewari P., Bourges JL, Hubschman, D. B., et al. Terahertz sensing of corneal hydration. Terahertz sensing of corneal hydration. Annual International Conference of the IEEE, 2010; 3021-4 ), which uses the traditional scheme for producing pulsed THz radiation, consisting of a photoconductive antenna and a femtosecond pump laser. A Schottky-barrier diode detector serves as a receiver in this circuit.
Известен способ определения участков ткани с различным содержанием воды с помощью ТГц системы визуализации, которая позволяет с высокой точностью проводить дифференцировку слоев (Taylor Z.D., Singh R.S., Culjat M.O., et al. THz imaging based on water-concentration contrast. Defense and Security: Proceedings. Orlando, FL, USA: SPIE. 2008. N 6949-12: 16-20).A known method for determining tissue sections with different water contents using a THz imaging system that allows high-precision differentiation of layers (Taylor ZD, Singh RS, Culjat MO, et al. THz imaging based on water-concentration contrast. Defense and Security: Proceedings Orlando, FL, USA: SPIE. 2008. N 6949-12: 16-20).
Известен способ прижизненного измерения коэффициента отражения роговицы кролика с использованием импульсной системы формирования изображений в ТГц диапазоне (0,47-0,58 ТГц) и рефлектометра миллиметрового диапазона (100 ГГц). Получены положительные корреляции между толщиной роговицы и отражательной способностью в диапазоне миллиметровых волн (30-300 ГГц или 0,03-0,3 ТГц). (Taylor Z.D., Garritano J., Sung S., et al. Thz and mm-wave sensing of corneal tissue water content: In vivo sensing and imaging results. Terahertz Science and Technology, IEEE Transactions on 2015; 5(2): 184-196).There is a method of intravital measurement of the reflection coefficient of the rabbit cornea using a pulsed imaging system in the THz range (0.47-0.58 THz) and a millimeter-wave reflectometer (100 GHz). Positive correlations between the thickness of the cornea and reflectivity in the range of millimeter waves (30-300 GHz or 0.03-0.3 THz) were obtained. (Taylor ZD, Garritano J., Sung S., et al. Thz and mm-wave sensing of corneal tissue water content: In vivo sensing and imaging results. Terahertz Science and Technology, IEEE Transactions on 2015; 5 (2): 184 -196).
Однако способы, используемые в вышеупомянутых работах, сложно реализовать в практических устройствах из-за того, что для реализации предложенных схем требуется использование мощного, громоздкого и чрезвычайно дорогого фемтосекундного лазера. Кроме того, в этих работах отсутствуют данные о спектрах отражения и пропускания тканей в миллиметровом диапазоне длин волн (менее 0,3 ТГц), там, где вода обладает высокой отражательной способностью (Фиг. 1)However, the methods used in the aforementioned works are difficult to implement in practical devices due to the fact that the implementation of the proposed schemes requires the use of a powerful, bulky, and extremely expensive femtosecond laser. In addition, in these works there is no data on the reflection and transmission spectra of tissues in the millimeter wavelength range (less than 0.3 THz), where water has a high reflectivity (Fig. 1)
Известен способ оценки гидратации роговицы глаза по величине коэффициента отражения, определяемого по амплитуде отраженного излучения на частоте 20 ГГц с помощью датчика гетеродинного детектирования. Настройка частоты зондирующего терагерцевого излучения осуществляется с помощью подбора разности длин волн излучений полупроводниковых лазерных источников ближнего инфракрасного диапазона с синхронизацией по фазе (патент RU 2662273, 25.07.2018). Данный способ принят за ближайший аналог. Однако данный способ обладает рядом недостатков.A known method for evaluating the hydration of the cornea of the eye by the magnitude of the reflection coefficient, determined by the amplitude of the reflected radiation at a frequency of 20 GHz using a heterodyne detection sensor. The frequency of the probe terahertz radiation is adjusted using the selection of the difference in the wavelengths of the radiation of semiconductor laser sources of the near infrared range with phase synchronization (patent RU 2662273, 07.25.2018). This method is taken as the closest analogue. However, this method has several disadvantages.
1. Сложность в техническом исполнении, т.к. необходимо использовать два громоздких полупроводниковых лазера для оптического фотосмешения падающего излучения.1. Difficulty in technical execution, as it is necessary to use two bulky semiconductor lasers for optical mixing of incident radiation.
2. Длина волны падающего излучения сопоставима с размерами (диаметром) роговицы глаза человека λ≥d, где λ - длина волны падающего излучения (λ=15 мм), что соответствует частоте 20 ГГц, d - диаметр роговицы глаза человека (d=10±0,56 мм), поэтому возникают дифракционные эффекты на краях роговицы (Борн М., Вольф Э. Основы оптики. М.: «Наука», 1973. 720 с.), которые искажают регистрируемый отраженный сигнал.2. The wavelength of the incident radiation is comparable with the dimensions (diameter) of the cornea of the human eye λ≥d, where λ is the wavelength of the incident radiation (λ = 15 mm), which corresponds to a frequency of 20 GHz, d is the diameter of the cornea of the human eye (d = 10 ± 0.56 mm), therefore, diffraction effects occur on the edges of the cornea (Born M., Wolf E. Fundamentals of Optics. M .: Nauka, 1973. 720 p.), Which distort the recorded reflected signal.
3. При регистрации отраженного сигнала фиксируется некая усредненная, интегральная величина по всей поверхности роговицы, т.к. длина волны падающего излучения сопоставима и даже больше размеров исследуемого объекта.3. When registering the reflected signal, a certain average integral value is recorded over the entire surface of the cornea, because the wavelength of the incident radiation is comparable and even greater than the size of the investigated object.
4. Глубина проникновения излучения в роговицу на частоте 20 ГГц составляет порядка 0,5 мм (Фиг. 2 - Зависимость глубины проникновения (skin layer) от частоты в субтерагерцевом диапазоне 10-100 ГГц), что соответствует толщине роговицы h=500-600 мкм, поэтому в отраженный регистрируемый сигнал может внести вклад переотражение на границе роговица-стекловидное тело.4. The penetration depth of the radiation into the cornea at a frequency of 20 GHz is about 0.5 mm (Fig. 2 - Dependence of the penetration depth (skin layer) on the frequency in the sub-terahertz range 10-100 GHz), which corresponds to the thickness of the cornea h = 500-600 μm therefore, re-reflection at the cornea-vitreous interface can contribute to the reflected recorded signal.
Задача предлагаемого изобретения состоит в разработке способа оценки гидратации роговицы глаза с определением коэффициента отражения, величина которого соответствует уровню гидратации роговицы.The objective of the invention is to develop a method for assessing hydration of the cornea of the eye with the determination of the reflection coefficient, the value of which corresponds to the level of hydration of the cornea.
Техническим результатом предлагаемого способа является определение изменения содержания воды в роговице, позволяющее на этой основе проводить более точную диагностику патологических изменений роговицы при различных заболеваниях, а также экономическая эффективность.The technical result of the proposed method is the determination of changes in the water content in the cornea, allowing on this basis to conduct a more accurate diagnosis of pathological changes in the cornea for various diseases, as well as economic efficiency.
Технический результат достигается за счет использования в качестве источника субтерагерцевого излучения лавинно-пролетного диода (ЛПД) с частотой излучения 95 ГГц, длиной волны падающего и отраженного излучения λ≈3 мм и мощностью от 0,5 до 1 мВт, квазиоптического рупора для направления излучения, тефлоновых линз для фокусировки излучения, селективного вольтметра определения величины отраженного сигнала от роговицы по величине электрического сигнала.The technical result is achieved by using an avalanche-span diode (LPD) with a radiation frequency of 95 GHz, a wavelength of incident and reflected radiation λ≈3 mm and a power of 0.5 to 1 mW, a quasi-optical horn for directing radiation as a source of subhertz radiation Teflon lenses for focusing radiation, a selective voltmeter for determining the magnitude of the reflected signal from the cornea by the magnitude of the electrical signal.
Схема устройства для осуществления способа представлена на Фиг. 3,A diagram of an apparatus for implementing the method is shown in FIG. 3
где: 1 - детектор, 2 - лавинно-пролетный диод (ЛПД), 3 - тефлоновая линза, 4 - роговица, 5 - тефлоновая линза, 6 - селективный вольтметр, 7 - блок питания ЛПД.where: 1 - detector, 2 - avalanche-span diode (LPD), 3 - teflon lens, 4 - cornea, 5 - teflon lens, 6 - selective voltmeter, 7 - power supply unit.
Использование лавинно-пролетного диода (Тагер А.С, Вальд-Перлов В.М. Лавинно-пролетные диоды и их применение в технике СВЧ. М., 1968) в качестве источника субтерагерцового излучения обеспечивает компактность и удобство эксплуатации прибора, а также его сравнительно невысокую стоимость.The use of an avalanche-span diode (Tager A.S., Vald-Perlov V.M. Avalanche-span diodes and their application in the microwave technology. M., 1968) as a source of sub-terahertz radiation provides compactness and ease of use of the device, as well as its comparative low cost.
Система из квазиоптического рупора на 95 ГГц (Sammoura F., Fuh Y.К., Lin L. Micromachined 95 GHz waveguide-fed plastic horn antennas // Journal of Micromechanics and Microengineering. - 2008. - T. 18. - №. 5. - C. 055009) в сочетании с тефлоновыми линзами (Smith W.J. Modern optical engineering. 4th edition. 2007) необходима для фокусировки генерируемого излучения на роговице, а также рассеянного излучения, отраженного от роговицы, на детекторе.95 GHz quasi-optical speaker system (Sammoura F., Fuh Y.K., Lin L. Micromachined 95 GHz waveguide-fed plastic horn antennas // Journal of Micromechanics and Microengineering. - 2008. - T. 18. - No. 5 . - C. 055009) in combination with Teflon lenses (Smith WJ Modern optical engineering. 4th edition. 2007) is necessary for focusing the generated radiation on the cornea, as well as the scattered radiation reflected from the cornea, on the detector.
Электрический сигнал, измеренный с помощью селективного вольтметра, позволяет определить мощность излучения, отраженного от роговицы.An electrical signal, measured with a selective voltmeter, allows you to determine the power of radiation reflected from the cornea.
Важным преимуществом предлагаемого нами способа является использование длины волны λ≈3 мм падающего и отраженного излучения, которая является оптимальной, поскольку существенно меньше физических размеров d роговицы глаза. При таком соотношении λ≤d работают законы геометрической оптики (Борн М., Вольф Э. Основы оптики. М.: «Наука», 1973. 720 с.), что исключает влияние паразитных дифракционных эффектов на отраженный сигнал.An important advantage of our proposed method is the use of a wavelength of λ≈3 mm of incident and reflected radiation, which is optimal, since it is substantially smaller than the physical dimensions d of the cornea of the eye. With this ratio λ≤d, the laws of geometric optics (Born M., Wolf E. Fundamentals of Optics. M.: Nauka, 1973. 720 p.) Work, which excludes the influence of spurious diffraction effects on the reflected signal.
Предлагаемое техническое исполнение отличается простотой и эффективностью за счет использования сравнительно недорогого, компактного и простого в использовании источника субтерагерцового излучения (ЛПД) и детектора.The proposed technical design is simple and efficient due to the use of a relatively inexpensive, compact and easy-to-use sub-terahertz radiation source (LPS) and detector.
Способ осуществляют следующим образом.The method is as follows.
Для определения величины отраженного сигнала от роговицы при субтерагерцевом воздействии в качестве источника субтерагерцевого излучения используют лавинно-пролетный диод с мощностью от 0,5 до 1 мВт, частотой 95 ГГц и длиной волны λ≈3 мм падающего и отраженного излучения. При этом излучение направляют на роговицу с помощью квазиоптического рупора и фокусируют на роговице с помощью тефлоновой линзы. Отраженный сигнал фокусируют с помощью другой тефлоновой линзы, расположенной на детекторе, электрический сигнал с которого измеряют с помощью селективного вольтметра. По его величине определяют величину отраженного сигнала от роговицы.To determine the magnitude of the reflected signal from the cornea during sub-hertz exposure, an avalanche-span diode with a power of 0.5 to 1 mW, a frequency of 95 GHz, and a wavelength of λ ≈ 3 mm of incident and reflected radiation is used as a source of sub-hertz radiation. In this case, the radiation is directed to the cornea using a quasi-optical horn and focused on the cornea using a Teflon lens. The reflected signal is focused using another Teflon lens located on the detector, the electrical signal from which is measured using a selective voltmeter. Its value determines the magnitude of the reflected signal from the cornea.
Эффективность использования предложенного способа показана при изучении влияния исходной степени гидратации роговицы, определенной при помощи субтерагерцевого сканирования, на результаты фоторефракционной кератэктомии (ФРК) в эксперименте на кроликах. Исследование выполнено на 8 глазах кроликов породы Шиншилла, которым была проведена ФРК по стандартному протоколу с дозировкой sph - 5,0 D.The effectiveness of using the proposed method is shown when studying the effect of the initial degree of hydration of the cornea, determined using subterahertz scanning, on the results of photorefractive keratectomy (PRK) in an experiment on rabbits. The study was performed on 8 eyes of Chinchilla rabbits, which were used for PRK according to the standard protocol with a sph dosage of 5.0 D.
Применение метода субтерагерцевого сканирования позволило оценить исходное содержание воды в роговице кроликов по величине отраженного сигнала, а также ее уровень в различные сроки после ФРК: через 3-5 суток, 1, 2, 3 и 4 месяца после проведения хирургического вмешательства. Анализ полученных данных показывает, что проведенное кераторефракционное вмешательство изменяет исходную гидратацию роговицы. Динамика содержания воды в роговице (изменение коэффициента отражения) после ФРК отражена в таблице - Изменение коэффициента отражения роговицы кроликов в различные сроки после ФРК по отношению к исходному уровню, выраженное в процентах (%).The use of the sub-terahertz scanning method allowed us to estimate the initial water content in the cornea of rabbits by the magnitude of the reflected signal, as well as its level at various times after PRK: 3-5 days, 1, 2, 3, and 4 months after surgery. Analysis of the obtained data shows that the performed keratorefractive intervention changes the initial hydration of the cornea. The dynamics of the water content in the cornea (change in reflection coefficient) after PRK is shown in the table - Change in the reflection coefficient of the cornea of rabbits at different times after PRK with respect to the initial level, expressed in percent (%).
Как показывают полученные данные, в раннем периоде (до 1 недели) после ФРК отмечается значительное снижение содержания воды в роговице, что приводит к уменьшению коэффициента отражения (в среднем до 64%), однако затем происходит постепенное восстановление ее гидратации и, как результат, увеличение коэффициента отражения в среднем до 83%, а через 3-4 месяца после хирургического вмешательства состояние гидратации роговицы, как правило, возвращается к исходному уровню.As the data show, in the early period (up to 1 week) after PRK, a significant decrease in the water content in the cornea is noted, which leads to a decrease in the reflection coefficient (on average, up to 64%), but then its hydration is gradually restored and, as a result, an increase the reflection coefficient is on average up to 83%, and 3-4 months after surgery, the state of corneal hydration, as a rule, returns to its original level.
Приводим примеры использования предлагаемого способа.We give examples of the use of the proposed method.
Пример 1. Кролик №1. Оценку исходной (дооперационной) гидратации роговицы глаза провели путем определения величины отраженного сигнала от роговицы при субтерагерцевом воздействии. С этой целью в качестве источника субтерагерцевого излучения использовали лавинно-пролетный диод с мощностью 1 мВт и частотой 95 ГГц, длиной волны λ≈3 мм падающего и отраженного излучения, которое направили на роговицу с помощью квазиоптического рупора и фокусировали его с помощью тефлоновой линзы, а отраженный сигнал фокусировали с помощью другой тефлоновой линзы, расположенной на детекторе, электрический сигнал с которого измерялся с помощью селективного вольтметра. Измеренный с помощью селективного вольтметра электрический сигнал соответствовал величине отраженного сигнала от роговицы. У данного кролика он составлял 9,0 мВ. После фоторефракционной операции (лазерной абляции), проведенной по стандартному протоколу с дозировкой sph -5,0 D, исходная минимальная толщина роговицы снизилась на 108 микрон (соответствует запланированному показателю в 100 микрон), содержание воды после операции было значительно ниже исходного (6,0 мВ) и составило 66,7% от исходного уровня, т.е. при лазерном воздействии произошло значительное испарение содержащейся в роговице воды и необходимое (запланированное) удаление ткани роговицы. Таким образом, исходная гидратация роговицы соответствовала выбранному режиму абляции и позволила получить запланированный рефракционный эффект.Example 1. Rabbit No. 1. The initial (preoperative) hydration of the cornea of the eye was assessed by determining the magnitude of the reflected signal from the cornea during subterahertz exposure. For this purpose, an avalanche-span diode with a power of 1 mW and a frequency of 95 GHz, wavelength λ≈3 mm of incident and reflected radiation, which was directed to the cornea using a quasi-optical horn and focused using a Teflon lens, was used as a source of sub-hertz radiation the reflected signal was focused using another Teflon lens located on the detector, the electrical signal from which was measured using a selective voltmeter. The electrical signal measured with a selective voltmeter corresponded to the magnitude of the reflected signal from the cornea. In this rabbit, it was 9.0 mV. After photorefractive surgery (laser ablation), carried out according to the standard protocol with a dosage of sph -5.0 D, the initial minimum corneal thickness decreased by 108 microns (corresponding to the planned figure of 100 microns), the water content after the operation was significantly lower than the initial (6.0 mV) and amounted to 66.7% of the initial level, i.e. during laser exposure, there was a significant evaporation of the water contained in the cornea and the necessary (planned) removal of corneal tissue. Thus, the initial hydration of the cornea corresponded to the chosen ablation regime and made it possible to obtain the planned refractive effect.
Пример 2. Кролик №2. Оценку исходной (дооперационной) гидратации роговицы глаза провели путем определения величины отраженного сигнала от роговицы при субтерагерцевом воздействии. С этой целью в качестве источника субтерагерцевого излучения использовали лавинно-пролетный диод с мощностью 0.5 мВт и частотой 95 ГГц, длиной волны λ≈3 мм падающего и отраженного излучения, которое направили на роговицу с помощью квазиоптического рупора и фокусировали его с помощью тефлоновой линзы, а отраженный сигнал фокусировали с помощью другой тефлоновой линзы, расположенной на детекторе, электрический сигнал с которого измерялся с помощью селективного вольтметра. Измеренный с помощью селективного вольтметра электрический сигнал соответствовал величине отраженного сигнала от роговицы. У данного кролика отраженный сигнал составлял 4,4 мВ, что было ниже, чем у кролика №1. После фоторефракционной операции (лазерной абляции), проведенной по стандартному протоколу с дозировкой sph -5,0 D, исходная минимальная толщина роговицы снизилась на 199 микрон (в два раза выше запланированного показателя в 100 микрон), при этом содержание воды после операции было незначительно ниже исходного (отраженный сигнал от роговицы равнялся 4,1 мВ) и составило 93,2% от исходного уровня. Эти результаты показывают, что при лазерном воздействии испарение содержащейся в роговице воды было незначительным и, соответственно, произошло значительное (выше запланированного) удаление ткани роговицы. Таким образом, низкая исходная гидратация роговицы привела к значительному удалению ее стромы при абляции, т.е. к существенному несоответствию фактического и запланированного рефракционного эффекта. Это свидетельствует о необходимости коррекции режима лазерной абляции с учетом исходной гидратации роговицы.Example 2. Rabbit No. 2. The initial (preoperative) hydration of the cornea of the eye was assessed by determining the magnitude of the reflected signal from the cornea during subterahertz exposure. For this purpose, an avalanche-span diode with a power of 0.5 mW and a frequency of 95 GHz, wavelength λ≈3 mm of incident and reflected radiation was used as a source of sub-hertz radiation, which was directed to the cornea using a quasi-optical horn and focused using a Teflon lens, and the reflected signal was focused using another Teflon lens located on the detector, the electrical signal from which was measured using a selective voltmeter. The electrical signal measured with a selective voltmeter corresponded to the magnitude of the reflected signal from the cornea. In this rabbit, the reflected signal was 4.4 mV, which was lower than in rabbit No. 1. After photorefractive surgery (laser ablation), carried out according to the standard protocol with a dosage of sph -5.0 D, the initial minimum thickness of the cornea decreased by 199 microns (two times higher than the planned figure of 100 microns), while the water content after the operation was slightly lower initial (the reflected signal from the cornea was 4.1 mV) and amounted to 93.2% of the initial level. These results show that, under laser irradiation, the evaporation of the water contained in the cornea was insignificant and, accordingly, there was a significant (higher than planned) removal of corneal tissue. Thus, the low initial hydration of the cornea led to a significant removal of its stroma during ablation, i.e. to a significant discrepancy between the actual and planned refractive effects. This indicates the need for correction of the laser ablation regime, taking into account the initial hydration of the cornea.
Проведенное изучение эффективности и информативности предложенного способа оценки гидратации роговицы глаза в субтерагерцевом диапазоне частот показало, что его применение позволяет, в частности, выбирать адекватный режим лазерной абляции для получения запланированного рефракционного эффекта.A study of the effectiveness and informativeness of the proposed method for assessing the hydration of the cornea in the sub-terahertz frequency range showed that its application allows, in particular, to choose an adequate laser ablation mode to obtain the planned refractive effect.
Таким образом, предложенный способ субтерагерцевого сканирования является эффективным бесконтактным методом контроля степени гидратации роговицы. Его применение в клинической практике офтальмолога может быть полезно при диагностике и контроле течения многих офтальмопатологий, позволит более точно планировать рефракционный эффект эксимерлазерных кераторефракционных вмешательств, в том числе индивидуальную гипокоррекцию для пациентов с миопией среднего возраста со сниженным уровнем гидратации роговицы.Thus, the proposed method subterahertz scanning is an effective non-contact method for controlling the degree of hydration of the cornea. Its use in the clinical practice of an ophthalmologist can be useful in the diagnosis and control of the course of many ophthalmopathologies, it will allow more accurate planning of the refractive effect of excimer laser keratorefractive interventions, including individual hypocorrection for patients with middle-aged myopia with a reduced level of corneal hydration.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019135270A RU2726130C1 (en) | 2019-11-05 | 2019-11-05 | Method for assessing eye corneal hydration in a sub-terahertz frequency range |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019135270A RU2726130C1 (en) | 2019-11-05 | 2019-11-05 | Method for assessing eye corneal hydration in a sub-terahertz frequency range |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2726130C1 true RU2726130C1 (en) | 2020-07-09 |
Family
ID=71510550
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019135270A RU2726130C1 (en) | 2019-11-05 | 2019-11-05 | Method for assessing eye corneal hydration in a sub-terahertz frequency range |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2726130C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2809828C1 (en) * | 2022-12-27 | 2023-12-19 | Федеральное государственное автономное учреждение "Национальный медицинский исследовательский центр "Межотраслевой научно-технический комплекс "Микрохирургия глаза" имени академика С.Н. Федорова" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГАУ "НМИЦ "МНТК "Микрохирургия глаза" им. акад. С.Н. | Method of restoring mechanical damage to the cornea of the eye in an experiment on rabbits |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2109272C1 (en) * | 1996-09-19 | 1998-04-20 | Виктор Александрович Бублик | Automated device measuring parameters of materials |
| RU28961U1 (en) * | 2002-11-04 | 2003-04-27 | Захарченко Николай Владимирович | Device for diagnosis and correction of visual perception functions |
| RU2433837C2 (en) * | 2006-07-21 | 2011-11-20 | Алькон Инк. | Materials for ophthalmological and otolaryngological devices with reduced adhesiveness |
| RU2552126C2 (en) * | 2010-02-12 | 2015-06-10 | Эдвансд Фьюжн Системз Ллк | Method and system for detecting materials |
| RU2662273C1 (en) * | 2017-08-10 | 2018-07-25 | Илья Александрович Ожередов | Method of estimation of hydrating of the eye cornea |
-
2019
- 2019-11-05 RU RU2019135270A patent/RU2726130C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2109272C1 (en) * | 1996-09-19 | 1998-04-20 | Виктор Александрович Бублик | Automated device measuring parameters of materials |
| RU28961U1 (en) * | 2002-11-04 | 2003-04-27 | Захарченко Николай Владимирович | Device for diagnosis and correction of visual perception functions |
| RU2433837C2 (en) * | 2006-07-21 | 2011-11-20 | Алькон Инк. | Materials for ophthalmological and otolaryngological devices with reduced adhesiveness |
| RU2552126C2 (en) * | 2010-02-12 | 2015-06-10 | Эдвансд Фьюжн Системз Ллк | Method and system for detecting materials |
| RU2662273C1 (en) * | 2017-08-10 | 2018-07-25 | Илья Александрович Ожередов | Method of estimation of hydrating of the eye cornea |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Iomdina E.N., Seliverstov S.V., Sianosyan A.A., Teplyakova K.O., Rusova A.A., Goltsman G.N. Terahertz scanning for evaluation of corneal and scleral hydration. Sovremennye tehnologii v medicine 2018; 10(4): p.143-150. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2809828C1 (en) * | 2022-12-27 | 2023-12-19 | Федеральное государственное автономное учреждение "Национальный медицинский исследовательский центр "Межотраслевой научно-технический комплекс "Микрохирургия глаза" имени академика С.Н. Федорова" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГАУ "НМИЦ "МНТК "Микрохирургия глаза" им. акад. С.Н. | Method of restoring mechanical damage to the cornea of the eye in an experiment on rabbits |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10939844B2 (en) | THz sensing of corneal tissue water content | |
| CN108348151B (en) | Performing a procedure based on a monitoring characteristic of a biological tissue | |
| Taylor et al. | THz and mm-wave sensing of corneal tissue water content: electromagnetic modeling and analysis | |
| Garway-Heath et al. | Measurement of optic disc size: equivalence of methods to correct for ocular magnification | |
| US7465299B2 (en) | Monitoring of retinal temperature during laser therapy | |
| KR101663583B1 (en) | Ocular treatment apparatus and method for operating that | |
| KR20090102751A (en) | Apparatus for non or minimally disruptive photomanipulation of an eye | |
| US10973576B2 (en) | Optical treatment apparatus and control method therefor | |
| Singh et al. | Terahertz sensing of corneal hydration | |
| Iomdina et al. | Study of transmittance and reflectance spectra of the cornea and the sclera in the THz frequency range | |
| Patel et al. | Objective measurement of backscattered light from the anterior and posterior cornea in vivo | |
| Neumann et al. | Cell disintegration by laser-induced transient microbubbles and its simultaneous monitoring<? xpp qa?> by interferometry | |
| Ansari | Ocular static and dynamic light scattering: a noninvasive diagnostic tool for eye research and clinical practice | |
| Koinzer et al. | Correlation of temperature rise and optical coherence tomography characteristics in patient retinal photocoagulation | |
| RU2662273C1 (en) | Method of estimation of hydrating of the eye cornea | |
| RU2726130C1 (en) | Method for assessing eye corneal hydration in a sub-terahertz frequency range | |
| RU2744544C1 (en) | Method of estimating the percentage of water in the cornea in the terahertz frequency range | |
| Serebryakov et al. | Real-time optoacoustic monitoring of the temperature of the retina during laser therapy | |
| Kałużny et al. | Imaging of the anterior segment of the eye by Spectra Optical Coherence Tomography | |
| Uhlhorn et al. | Corneal group refractive index measurement using low-coherence interferometry | |
| Bliedtner et al. | Towards automatically controlled dosing for selective laser trabeculoplasty | |
| Jiao et al. | Retinal damage thresholds from 100-millisecond laser radiation exposure at 1319 nm: a comparative study for rabbits with different ocular axial lengths | |
| AU2019386705B2 (en) | Process for safely providing retinal phototherapy based on determination of RPE melanin levels | |
| US10219946B2 (en) | Speckle interferometric method and system for detecting a movement of a surface | |
| RU196588U1 (en) | A device for studying the dynamics of hydration of the eye to assess hydration of the cornea and stability of the tear film |