Способ оценки светорассеяния в оптических средах глаза

 

Изобретение относится к области медицины, а именно к офтальмологии, и может использоваться в диагностике помутнений оптических сред глаза, оценке степени светорассеяния и плотности оптических неоднородностей. Способ оценки светорассеяния в оптических средах глаза включает визоконтрастометрию с помощью красных и синих стимулов определенной пространственной частоты. После чего вычисляется сохранность контрастной чувствительности по разности контрастной чувствительности для этих цветов по сравнению с нормой. А степень светорассеяния оценивается по средней разности сохранностей контрастной чувствительности для красных и синих стимулов. Техническим результатом изобретения является повышение точности оценки. 1 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к области медицины, а именно к офтальмологии, и может использоваться в диагностике помутнений оптических сред глаза, для оценки степени светорассеяния и плотности оптических неоднородностей.

Оптические среды глаза являются набором линз и светофильтров, размещенных перед сетчаткой глаза. Они определяют коротковолновую границу видимой области спектра, защищают сетчатку от повреждающего света в наиболее опасных спектральных диапазонах и формируют изображение на сетчатке глаза. Искажения изображения на сетчатке глаза обусловлены: - аберрациями оптики глаза, - спектральными характеристиками пропускания оптических сред глаза, - рассеянием света в этих средах.

Разница в оптической силе глаза для красного и синего цвета при постоянном напряжении аккомодации может достигать 1,5 дптр. из-за продольных хроматических аберраций. В случае, когда глаз пациента имеет аметропию, а стимулы предъявляются с расстояния, выходящего за пределы ясного видения глаза, эта разница в рефракции не будет компенсироваться аккомодацией и приведет к различной величине снижения контраста изображения красных и синих тест-объектов на сетчатке в области высоких пространственных частот. Чтобы исключить влияние этого эффекта на результат оценки светорассеяния в оптических средах глаза, существенные дефекты рефракции глаза, затрудняющие аккомодацию на тест-объекты, должны быть скорригированы.

Поглощение света и изменение спектральных характеристик пропускания не изменяют контраста тестового изображения на сетчатке, если оно имеет постоянный спектральный состав и модулировано только по яркости.

Напротив, рассеянное излучение складывается с прямо прошедшим излучением и уменьшает контраст изображения тест-объекта на сетчатке.

Предложенный нами способ позволяет оценивать степень светорассеяния в условиях нормальной освещенности, используя данные волновой оптики о том, что излучение в коротковолновой части спектра рассеивается больше, чем в длинноволновой его части. Для мутных сред с размерами неоднородностей не более 0,1 - 0,2 длины волны (рэлеевское рассеяние) интенсивность рассеянного света прямо пропорциональна плотности рассеивающих частиц и обратно пропорциональна длине волны в 4 степени (закон Рэлея). Например, монохроматический синий свет с длиной волны 450 нм в такой среде рассеивается в 3,8 раза сильнее, чем красный свет с длиной волны 630 нм. Если линейные размеры неоднородностей сравнимы с длиной волны или больше ее, то зависимость рассеяния от длины волны становится более слабой - значение степени становится меньше 4 и убывает с увеличением размера неоднородностей (Б.М. Яворский, А.А. Детлаф, Справочник по физике для инженеров и студентов вузов, издание седьмое. М.: "Наука", 1979. С. 686). Таким образом, красное излучение рассеивается в значительно меньшей степени, чем синее, и контраст красной решетки на сетчатке после прохождения через рассеивающую среду будет выше, чем контраст синей решетки.

Известен метод, оценивающий влияние слепящего источника света на остроту зрения (глэр-тест), который позволяет судить о некоторых функциональных возможностях сетчатки и о роли светорассеяния в снижении остроты зрения в условиях действия ослепляющего света (Розенблюм Ю.З., Деев А.И. и др. "Вестник офтальмотологии", т. 113, 1997 г., N 6, стр. 46-47).

В исследованиях, проведенных L.L.Holladay (Holladay J.T., Prager T.S. et al.//J.Cataract Refract.Surg. - 1987. - Vol. 13. - P. 67-69), E. Wolf (Wolf. E.// Arch. Ophthalmol. - 1960. - Vol. 64. - P.502) было установлено, что одной из причин зрительных нарушений в условиях повышенной освещенности лежит патологическое светорассеяние в оптических средах глаза, особенно на участках, на которых нарушена прозрачность роговицы или хрусталика. Вследствие этого в присутствии слепящего источника света уменьшается контрастность ретинального изображения, в результате чего снижается острота зрения.

Однако H. Ochsner и E.Zrenner (H.Ochsner и E.Zrenner // Klin. Monatsbl. Augenheilk. - 1992. - Bd 200, N 2. - S. 110-117) связывают повышение глэр-чувствительности с нарушением механизмов, ответственных за световую и темновую адаптацию. При этом глэр-тест не позволяет исследовать и количественно оценивать светорассеяние в условиях нормальной освещенности, когда свет проходит внутрь глаза через значительно более широкий зрачок, что позволило бы анализировать больший объем оптических сред.

Существует метод, оценивающий способность зрительного анализатора улавливать минимальные отличия в яркости двух соседних областей. Указанный метод называется исследованием пространственной контрастной чувствительности (ПКЧ). Исследуя ПКЧ, мы определяем минимальный контраст, необходимый для различения объектов различных размеров. Метод, в котором пороговая контрастная чувствительность определяется как функция размеров объекта, называется визоконтрастометрией (Волков В. В. , Колесникова Л.Н., Шелепин Ю.Е. Методика клинической визоконтрастометрии // "Вестник офтальмологии", 1983 г., N 3, С. 148-151). Обычно для его реализации используют различающиеся по контрасту черно-белые решетки с синусоидальным профилем изменения яркости, при этом толщина полос определяет их пространственную частоту. Таким образом, ПКЧ отражает зависимость значения порогового контраста от пространственной частоты стимула.

Контрастная чувствительность здорового пациента в различных диапазонах пространственных частот не одинакова. Она максимальна в диапазоне пространственных частот от 4 до 10 цикл/град. Более низкий уровень пространственной чувствительности в области низких и высоких пространственных частот обусловлен ограниченной разрешающей способностью оптики глаза и нервных элементов сетчатки, различием в распределении рецептивных полей ганглиозных клеток сетчатки по величине в центральных и периферических отделах.

К числу последних разработок для исследования ПКЧ относится программа "Зебра" из комплекса программ "Окулист" для диагностики, лечения и профилактики глазных болезней (свидетельство МЗ РФ N 033 от 08.12.99, выпускается ООО "Астроинформ СПЕ", г. Москва).

Метод заключается в следующем: на черном фоне экрана предъявляются стимулы, которыми служат ахроматические, а также красные, зеленые и синие решетки в диапазоне пространственных частот 0,5 - 22 (16) цикл/град с полем стимуляции 5,6^o (4,5^o) - в скобках указаны величины для различных версий программы - и контрастом от 0,2 до 100%. Расстояние до экрана - 1,8 - 2,4 м в зависимости от размеров монитора. В пределах решетки цветовой тон и насыщенность остаются постоянными, а яркость меняется по синусоидальному закону. При этом средняя яркость решеток одинакова для всех пространственных частот и не изменяется при изменении контраста. Для каждой пространственной частоты ПКЧ определяется как величина, обратная пороговому контрасту различения решетки. По результатам исследования строятся кривые ПКЧ и кривые отклонения ПКЧ от нормы.

Необходимо отметить, что функция пространственной контрастной чувствительности может страдать при различных патологических процессах в сетчатке и зрительном нерве. Для исключения названной патологии, у обследуемых больных проводился тщательный сбор анамнеза, проверка остроты зрения с коррекцией и без коррекции, биомикроскопия и офтальмоскопия, в сомнительных случаях целесообразно применение электрофизиологических методов обследования.

В норме разность контрастной чувствительности к красному и синему может иметь некоторый разброс. Например, для компьютерной цветовой визоконтрастометрии статистические свойства этого разброса (см. фиг. 1) оценивались по результатам измерений, проведенных на 27 случайным образом выбранных здоровых глазах. Распределение разности контрастной чувствительности к красному и синему у здоровых глаз можно считать близкой к нормальному (гауссовскому) распределению.

Поэтому, стандартное отклонение может служить мерой разброса значений ПКЧ в норме.

Для повышения точности можно провести усреднение в некотором диапазоне пространственных частот. Представляется удобным для анализа выбрать диапазон 2-11 цикл/град: на более низких частотах в некоторых практических случаях рассеяние в оптических средах глаза не сказывается, по-видимому, из-за остронаправленной индикатрисы рассеяния, а на более высоких частотах велика дисперсия этих значений и у здоровых глаз, и их использование может снизить точность результата. Для частотного диапазона 2-11 цикл/град по той же выборке из 27 здоровых глаз было вычислено стандартное отклонение, асимметрия и эксцесс усредненных значений разности контрастной чувствительности к синему и красному в норме. Асимметрия и эксцесс, составив, соответственно, 0,27 и 1,4, оказались незначительными. Таким образом, распределение усредненных значений также близко к нормальному (гауссовскому). Стандартное отклонение усредненных значений составило 1,7 дБ (здесь и далее децибелы вычисляются с коэффициентом 10 перед десятичным логарифмом, т.е. десятикратной разнице соответствует 10 дБ). Это значение существенно превышает технические погрешности метода: точность измерения составляет примерно 1 дБ, а при усреднении она улучшается более чем в 2 раза. Т.е., полученный разброс в случае здоровых глаз имеет физиологические причины, а не является следствием погрешностей метода измерения.

Предлагаемый нами способ заключается в оценке светорассеяния в оптических средах глаза путем измерения контрастной чувствительности по красным и синим решеткам, после чего вычисляется сохранность контрастной чувствительности по разности контрастной чувствительности этих цветов по сравнению с нормой, а степень светорассеяния оценивается по средней разности сохранности контрастной чувствительности для красных и синих решеток.

Признаком повышенного по сравнению с нормой светорассеяния в оптических средах глаза можно считать превышение более чем на 1,7 дБ сохранности контрастной чувствительности к красному по сравнению с синим при усреднении в диапазоне 2-11 цикл/град. При этом вероятность принятия ошибочного решения о повышенном светорассеянии у здорового глаза составляет 16%.

Кроме того, среднее изменение контрастной чувствительности конкретного глаза к красному по сравнению с синим более чем на 0,5 дБ можно считать признаком изменения светорассеяния в глазу, возникшим в результате какого-либо воздействия на оптические среды глаза или внутреннего процесса в этих средах.

Данный способ иллюстрируется примерами и чертежами.

1. Клинические примеры.

Пример 1.

Пациент С., 76 лет.

Диагноз: OU-начальная катаракта. VIS OD = 1,0; OS 0,4 н/к.

Объективно, в хрусталиках OU начальные помутнения в ядре и под задней капсулой, более интенсивные в левом глазу. Глазное дно - без выраженной патологии, соответствует возрасту (незначительный ангиосклероз). Электрофизиологические исследования показали нормальный электрогенез сетчатки обоих глаз и нормальное, в пределах возрастной нормы, проведение возбуждения по зрительному тракту.

Было проведено исследование функции контрастной чувствительности на черно-красные и черно-синие вертикально ориентированные синусоидальные решетки. Получены следующие значения отклонений для каждой из пространственных частот (см. таблицы фиг. 2).

Для правого глаза средняя разность сохранностей ПКЧ для красного и синего цветов в диапазоне 2-11 цикл/град составила 1,8 дБ, лишь немного превышая стандартное отклонение для здоровых глаз (1,7 дБ). Это можно трактовать как степень светорассеяния, близкую к границе нормы (см. фиг. 3, линия 1 - отклонение ПКЧ от нормы для красных решеток, линия 2 - отклонение ПКЧ от нормы для синих решеток, линия 3 - разность отклонений). Для левого глаза аналогичный показатель составил 4,1 дБ (см. фиг. 4, линия 1 - отклонение ПКЧ от нормы для красных решеток, линия 2 - отклонение ПКЧ от нормы для синих решеток, линия 3 - разность отклонений). Таким образом, если среднестатистическому человеку с нормальным зрением некие синий и красный объекты кажутся равноконтрастными, то данный больной левым глазом будет видеть синий объект в 2,6 раза менее контрастным, чем красный. Превышение в 2,5 раза полученного значения по сравнению со стандартным отклонением этого показателя для здоровых глаз свидетельствует о высокой степени светорассеяния.

Пример 2.

Больной А. К., 30 лет, диагноз: миопия средней степени, состояние после ФРК (фоторефракционной кератэктомии). Обследование проведено через 6 месяцев после ФРК, когда пациент обратился с жалобами на ореол от источников света, двоение перед правым глазом.

VIS OD = 0,8 OS = 1,2 Результаты исследования ПКЧ представлены в таблице (см. фиг. 5). Для правого глаза средняя разность сохранностей ПКЧ для красного и синего цветов в диапазоне 2-11 цикл/град составила 2,1 дБ (см. фиг. 6: линия 1 - отклонение ПКЧ от нормы для красных решеток, линия 2 - отклонение ПКЧ от нормы для синих решеток, линия 3 - разность отклонений). В среднем, у 89% здоровых глаз этот показатель ниже данного значения. Равномерное снижение контрастной чувствительности по сравнению с нормой во всем диапазоне пространственных частот также подтверждает снижение соотношения интенсивности прямо прошедшего излучения к излучению, рассеянному на неоднородностях оптических сред глаза у этого больного.

Пример 3.

Больной К. А. , 33 лет, диагноз: миопия слабой степени, состояние после ФРК.

Обследование проведено через 2 месяца после ФРК.

VIS OD = 0,8-1,0 OS = 0,55 Для левого глаза средняя разность сохранностей ПКЧ для красного и синего цветов в диапазоне 2-11 цикл/град составила 3,17 дБ (см. фиг. 7), кривые отклонений ПКЧ от нормы отражены на фиг. 8, где линия 1 - отклонение ПКЧ от нормы для красных решеток, линия 2 - отклонение ПКЧ от нормы для синих решеток, линия 3 - разность отклонений). Это значение существенно превышает стандартное отклонение данного показателя в норме, и лишь 7% здоровых глаз выходят за эти рамки.

Исследование светорассеяния с использованием сравнительного анализа ПКЧ для красного и синего цветов позволит оценивать степень помутнения и однородность оптических сред глаза при различных заболеваниях и после различных хирургических вмешательств, а также более полно прослеживать динамику изменения зрительных функций.

Применение этого способа позволит объективно оценивать влияние хирургических вмешательств на качественные характеристики зрения и определять скорость их восстановления, поможет адекватному выбору лечения при различных помутнениях оптических сред, обеспечит контроль за проводимым лечением.

Формула изобретения

1. Способ оценки светорассеяния в оптических средах глаза путем измерения контрастной чувствительности к красным и синим стимулам определенной пространственной частоты, вычисления значений сохранности контрастной чувствительности для каждого из этих цветов как разности между контрастной чувствительностью и нормой для этих цветов по логарифмической шкале и оценки степени светорассеяния по разности сохранности контрастной чувствительности для красных и синих стимулов.

2. Способ оценки светорассеяния в оптических средах глаза по п.1, отличающийся тем, что в качестве стимулов определенной пространственной частоты используются синусоидальные решетки, а оценку степени светорассеяния проводят по разности сохранности контрастной чувствительности для красных и синих решеток, усредненной в диапазоне пространственных частот 2-11 цикл/град.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8