Устройство для исследования биомеханических свойств склеральной и роговой оболочек глаза

 

Изобретение относится к медецинской технике и предназначено для использования в офтальмологии с целью определения биомеханических параметров оболочек глаза-склеры и роговицы. Устройство для иследования биомеханических свойств склеральной и роговой оболочек глаза содержит плунжер с контактным наконечником, непосредственно взаимодействующим с оболочками глаза механизм дозирования величины давления и контур измерения перемещения плунжера. Механизм дозирования величены давления устройства снабжен гидроприводом, установленным между плунжером и контактным наконечником. Контур измерения перемещения плунжера снабжен двумя индукционными датчиками, установленными с возможностью одновременного и независимого измерения величины давления и перемещения плунжера. Подвески плунжера со штоком и индукционных датчиков выполнены на лепестковых пружинах. Компьютерная система осуществляет направление, обработку и представление данных. Устройство может быть использовано в условиях поликлиники при офтальмологическом обследование детей и взрослых с целью диагностики заболеваний, связанных с нарушением биомеханического состояния склеральной и роговой оболочек глаза. Данное конструктивное выполнение обеспечивает повышение точности, информативности и расширения функциональных возможностей исследования за счет снижения внутреннего трения и получения непрерывной зависимости "напряжение-деформация" в циклическом режиме нагружения. 6 ил.

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано в офтальмологии для определения биомеханических характеристик оболочек глаза - склеры и роговицы.

Известно устройство для исследования склеры и роговицы глаза, содержащее плунжер, взаимодействующий торцом с оболочкой глаза, и механизм дозирования величины давления. Данное устройство снабжено контуром измерения перемещения плунжера, состоящим из чувствительного элемента в виде отражателя, жестко связанного с каркасом электромагнитной катушки и оптически установленного между светодиодом, связанным с генератором опорного напряжения, и фотодиодом, связанным с последовательно установленными усилителями фототока, амплитудным детектором, вторым аналого-цифровым преобразователем и регистратором перемещения плунжера. Кроме того, в контуре управления величиной давления постоянный магнит дополнен магнитопроводом, в зазоре которого размещена электромагнитная катушка, жестко связанная через каркас со штоком, при этом каркас установлен в подвесах с возможностью линейного перемещения (патент РФ N 2008788, A 61 B 3/00, Б.И. N 5, 1994).

Данное устройство обладает некоторыми конструктивными недостатками, такими как использование оптических датчиков измерения перемещения, наличие большого числа аналоговых устройств, в том числе включающих узлы аналогового деления, что обуславливает увеличение внутреннего трения, влияющего на точность измерения.

Целью изобретения является повышение точности, информативности и расширение функциональных возможностей исследования за счет уменьшения внутреннего трения, а также получения непрерывной зависимости "напряжение-деформация" в циклическом режиме нагружения.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для исследования биохимических свойств склеральной и роговой оболочек глаза, содержащее механизм дозирования величины давления, снабженный плунжером с контактным наконечником, установленным с возможностью взаимодействия с оболочками глаза, и контур измерения перемещения плунжера, отличается тем, что механизм дозирования величины давления снабжен гидроприводом, установленным между плунжером и контактным наконечником, контур измерения перемещения плунжера снабжен двумя индукционными датчиками, установленными с возможностью одновременного и независимого измерения величины давления и перемещения плунжера, при этом подвески плунжера со штоком и индукционных датчиков выполнены на лепестковых пружинах, и все устройство соединено с компьютерной системой управления, обработки и представления данных.

На фиг. 1-4 изображены функциональные блоки и разрез данного устройства.

Устройство содержит следующие функциональные блоки: механизм дозирования величины давления (блок управления системой нагружения 1), контур измерения перемещения плунжера (измерительный блок 2), блок первичного преобразования и оцифровки данных 3 и ЭВМ 4 (фиг. 1).

Блок управления системой нагружения 1 состоит из гидропривода (снижающего величину внутреннего трения в системе нагружения), включающего сильфон 23, соединенный шлангом 12 с сильфоном 11. Избыточное давление в сильфоне 23 создается двигателем 24 через винтовую передачу 25. Управление двигателем 24 осуществляется ЭВМ 4. Скорость и направление вращения двигателя 24 передаются через интерфейс 22 сохраняются в ячейке памяти 26, содержимое которой считывается цифроаналоговым преобразователем 27 и, поступая на усилитель 28, задает соответствующее напряжение на электродвигателе 24 (фиг. 4).

Измерительный блок 2 включает следующие основные элементы: шток 5, на котором укреплен контактный наконечник 6, системы лепестковых упругих элементов 8, реализующих подвеску (крепление) площадки 9, и два индукционных датчика 13 и 14. На площадке 9 на лепестковых пружинах 10, снижающих внутреннее трение измерительной системы, подвешен шток 5. Перемещение штока 5 осуществляется посредством сильфона 11, соединенного шлангом 12 с блоком управления системой нагружения 1. Измерение величины нагружения (давления) и перемещения плунжера (т. е. штока 5 с контактным наконечником 6) осуществляются индукционными датчиками 13 и 14. Датчик 13, подвешенный на лепестковых пружинах между штоком 5 и корпусом блока 2, регистрирует абсолютное перемещение штока 5. Независимо от этого, датчик 14, подвешенный на лепестковых пружинах между штоком 5 и площадкой 9, одновременно регистрирует относительное перемещение штока 5, т.е. смещение относительно площадки 9, характеризующее величину давления плунжера (фиг. 2). Датчики 13 и 14 построены на индукционном принципе и состоят из ферромагнитного сердечника 15 и индукционной катушки 16 (фиг. 3). Выводы катушек 16 индукционных датчиков 13 и 14 соединены с блоком первичного преобразования и оцифровки данных 3 проводами 7.

Блок первичного преобразования и оцифровки данных 3 содержит частотомер 17, входы которого соединены с выводами индукционных катушек 16 датчиков 13, 14. Выбор оцифровываемого канала осуществляется с помощью мультиплексора 19, на управляющие входы которого подается тактовая частота с тактового генератора 20. Оцифрованные частоты сохраняются в ячейке памяти 18, откуда при подаче на мультиплексор 21 номера полубайта данных могут быть считаны ЭВМ 4 через интерфейс параллельного порта 22 (фиг. 4).

Устройство работает следующим образом.

При запуске управляющей программы на ЭВМ 4 устройство инициализируется. Затем по команде оператора "начало измерения" ЭВМ 4 через интерфейс 22, блоки 26, 27, 28 задает скорость и направление вращения двигателя 24. Двигатель 24 создает избыточное давление в сильфоне 23, которое через шланг 12 передается в сильфон 11, который в свою очередь приводит в движение площадку 9 и, через лепестковые пружины 10, шток 5. Момент касания контактным наконечником 6 исследуемого участка глазного яблока отслеживается ЭВМ 4 по показаниям датчика 14. Начиная с момента касания, ЭВМ 4 выполняет исследование по заранее определенной программе, учитывающей заданные оператором параметры (длительность воздействия, максимальные величины и скорости усилия и перемещения, количество циклов нагружения).

Одновременно и независимо полученная с датчиков 13, 14 информация о величине нагружения и перемещении плунжера подается на вход частотомера 17, где она оцифровывается, снабжается битом признака (усилие - перемещение), а затем передается в ячейку памяти 18, откуда информация может быть считана через интерфейс 22 ЭВМ 4. В процессе воздействия ЭВМ контролирует допустимость показаний датчиков усилия и перемещения, а также отслеживает выход за границу допустимых значений.

Полученный независимо друг от друга в ходе исследования массив значений нагружения (усилий) и перемещений (деформаций) обрабатывается ЭВМ 4: производится фильтрация выбросов, перевод значений в реальные физические величины, нормировка кривых и затем вычисление значений. В результате оказывается возможным получить (в циклическом режиме) непрерывные зависимости деформации исследуемого участка оболочки глаза от приложенного усилия, что и отображается в виде кривых на экране дисплея (фиг. 5, 6).

Использование предложенного устройства дает возможность оценить биомеханический статус роговой и склеральной оболочек глаза, определить абсолютные значения различных биомеханических параметров (коэффициентов упругости, показателей остаточной деформации и др.) и их зависимость от условий нагружения, что может оказать помощь в диагностике, в том числе и ранней, ряда глазных заболеваний.

С помощью предложенного устройства было обследовано 42 глаза лиц в возрасте 7 - 45 лет с различной клинической рефракцией. Исследовались биомеханические свойства роговой и склеральной оболочек глаза.

Пример 1. Испытуемый И., 15 лет, рефракция эмметропическая, без офтальмопатологии. Для исследования склеральной оболочки OS использован контактный наконечник круглой формы диаметром 2.5 мм. Режим измерения: максимальная нагрузка 7.5 Г, скорость нагружения 0.5 Г/с, количество циклов нагружения - 2. Получены две петлеобразные кривые зависимости смещения участка склеры от приложенного усилия (фиг. 5).

Максимальная деформация при максимальной нагрузке в 7.4 Г составила 0.6 мм; модуль упругости 1.1 Г/мм; среднее смещение второй петли относительно первой (показатель остаточной деформации) составило 0.04 мм.

Пример 2. Испытуемый Р., 12 лет миопия высокой степени, OU -7.0 дптр. прогрессирующее течение (годичный градиент прогрессирования 1.0 дптр.). Для исследования склеральной оболочки OS использован контактный наконечник круглой диаметром 2.5 мм. Режим измерения: максимальная нагрузка 7.5 Г, скорость нагружения 0.5 Г/с, количество циклов нагружения - 2. Получены две петлеобразные кривые зависимости смещения участка склеры от приложенного усилия (фиг. 6).

Максимальная деформация при максимальной нагрузке в 7.4 Г составила 1.7 мм; модуль упругости 0.57 Г/мм; среднее смещение второй петли относительно первой (показатель остаточной деформации) составило 0.2 мм.

Анализ приведенных примеров показывает, что использованное устройство дает возможность оценить различие в биомеханическом статусе нормальной (пример 1) и патологически измененной (пример 2) склеральной оболочки глаза. Так, у испытуемого с прогрессирующей миопией высокой степени увеличена по сравнению с нормой деформационная способность склеры, снижен ее модуль упругости и увеличен показатель остаточной деформации, что свидетельствует о существенном нарушении биомеханического статуса склеральной оболочки глаза.

Получаемые с помощью данного устройства биомеханические показатели могут служить объективным критерием для решения вопроса о целесообразности укрепления склеры, а также для выбора метода склероукрепляющего лечения.

Устройство может быть использовано в условиях поликлиники при офтальмологическом обследовании детей и взрослых с целью диагностики прогрессирующей миопии и прогнозирования ее течения, а также других заболеваний, связанных с нарушением биохимического состояния склеральной и роговой оболочек глаза.

Формула изобретения

Устройство для исследования биомеханических свойств склеральной и роговой оболочек глаза, содержащее механизм дозирования величины давления, снабженный плунжером с контактным наконечником, установленным с возможностью взаимодействия с оболочками глаза, контур измерения перемещения плунжера, отличающееся тем, что механизм дозирования величины давления снабжен гидроприводом, установленным между плунжером и контактным наконечником, контур измерения перемещения плунжера снабжен двумя индукционными датчиками, установленными с возможностью одновременного и независимого измерения величины давления и перемещения плунжера, подвески плунжера с штоком и индукционных датчиков выполнены на лепестковых пружинах, при этом устройство соединено с компьютерной системой управления, обработки и представления данных.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6