Например, Бобцов

БЕСКОНТАКТНЫЙ ПНЕВМООПТИЧЕСКИЙ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ ВНУТРИГЛАЗНОГО ДАВЛЕНИЯ

47
УДК 535.551
В. А. ТРОФИМОВ, Ю. Т. НАГИБИН, М. Л. ШВАНОВА
БЕСКОНТАКТНЫЙ ПНЕВМООПТИЧЕСКИЙ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ ВНУТРИГЛАЗНОГО ДАВЛЕНИЯ
Рассматривается разработанный бесконтактный метод измерения внутриглазного давления. Описана физико-математическая модель измерения искомого параметра при пневматическом воздействии на роговицу глаза. Ключевые слова: внутриглазное давление, роговица глаза, тонометр, глаукома.
Диагностика опасного и широко распространенного заболевания органов зрения — глаукомы — является одной из важнейших задач офтальмологии. Эффективность лечения этой болезни в значительной степени зависит от своевременности ее обнаружения. На ранней стадии заболевания глаукома проявляется лишь повышением внутриглазного давления (ВГД), что обусловливает необходимость периодического измерения ВГД для людей, превысивших сорокалетний возраст.
Наиболее простыми и широко распространенными являются контактные методы измерения ВГД, в основу которых положен механический контакт мерительного инструмента с тканями глаза пациента. Такой контакт осуществим лишь при наличии анестезии, оказывающей нежелательное влияние на процесс зрительного восприятия. Существенный недостаток контактных методов заключается в том, что вес тонометра, используемого при выполнении измерений, повышает ВГД. Кроме того, при контактном методе может быть травмирован эпителий роговицы. На точность измерений ВГД влияет также опыт и квалификация оператора, производящего измерения. Перечисленные факторы и ряд других [1, 2] ограничивают
ИЗВ. ВУЗОВ. ПРИБОРОСТРОЕНИЕ. 2012. Т. 55, № 3

48 В. А. Трофимов, Ю. Т. Нагибин, М. Л. Шванова

возможность организации диспансеризации населения. В этой связи актуальность разработки

методов и приборов, свободных от наиболее очевидных несовершенств, не вызывает сомнений.

Известны бесконтактные апланационные тонометры, позволяющие измерять внутри-

глазное давление без физического контакта прибора с поверхностью роговицы глаза [3—6]

(тонометры Гролмана и „Пульсар“). Эти приборы, безусловно, стали научным прорывом в

технике измерения ВГД, но и им присущи существенные недостатки:

— при измерении ВГД с использованием названных приборов необходимо обеспечить

полное уплощение роговицы глаза с помощью пневматического импульса, что может вызвать

неприятные болевые ощущения у человека и даже травмировать глаз;

— наблюдаются, как отмечают сами авторы, значительные расхождения между резуль-

татами измерений высоких значений ВГД стандартным контактным методом [1] и бескон-

тактными методами [4, 5];

— затруднены измерения ВГД при дефектной роговице (помутнение, рубцы и т.д.), а так-

же у пациентов со значительной близорукостью или дальнозоркостью [6, 7]; это связано с тем,

что пациент в процессе проведения измерений должен с помощью сложной юстировочной сис-

темы четко увидеть специальную мишень, в противном случае пневматический импульс может

воздействовать на роговицу по касательной, что приведет к завышению значения ВГД.

Таким образом, разработка бесконтактного метода измерения ВГД, позволяющего по-

высить точность измерений, снизить их травматичность и обеспечить возможность обследо-

вания пациентов с существенными дефектами зрения является важным элементом социаль-

ных программ диспансеризации.

Одним из способов совершенствования техники тонометрии ВГД может служить так

называемый пневмооптический метод [8]. Представим роговицу глаза в виде тонкой сфери-

ческой эластичной пленки, находящейся под действием сил внутреннего и внешнего давле-

ния, а также силы поверхностного натяжения. В этом случае будет справедливо уравнение

Лапласа [9], определяющее связь радиуса R кривизны такой пленки (роговицы) с коэффи-

циентом ее поверхностного натяжения (σ) и разностью давлений вблизи вогнутой (p) и вы-

пуклой (pa) поверхностей пленки (т. е. ВГД и атмосферного давления вблизи поверхности

X глаза):

ϕ0 β

p



pa

=

2σ R

.

(1)

Пусть на роговицу глаза падает световой пучок

под углом ϕ0 к оптической оси X глаза (рис. 1). В соотpa ветствии с геометрией схемы можно показать, что угол
отражения β светового луча зависит от φ0, радиуса кривизны роговицы R и расстояния y от точки падения

p пучка на роговицу до оптической оси глаза:

yR

β

=

ϕ0

+

2y R

.

(2)

Пусть вследствие пневматического воздействия

y атмосферное давление pa вблизи поверхности рогови-

Рис. 1

цы изменилось (увеличилось) на величину ∆pa, т. е.

pa = pa0+∆pa, где pa0 — атмосферное давление в отсут-

ствие пневманического воздействия. Это приведет к соответствующему изменению радиуса

кривизны роговицы на величину ∆R (рис. 2).

При φ0= const из уравнения (2) следует, что малое изменение ∆β равно

∆β

=

2 R

∆y



2y

∆R R2

.

ИЗВ. ВУЗОВ. ПРИБОРОСТРОЕНИЕ. 2012. Т. 55, № 3

Бесконтактный метод измерения внутриглазного давления

49

Полагая ВГД неизменным, т.е. при р=const, из уравнения (1) получим

∆R R2

=

∆pa 2σ

.

Величину ∆y можно определить по геометрии отражения луча (см. рис. 2), где d — ра-

диус роговицы; S — величина смещения центра роговицы вследствие пневматического воз-

действия:

( )∆y

=

ϕ0 2

d2 − y2

∆R 1

R2

1−

ϕ0 R

.

S
y d ∆y
R
R+∆R

ϕ0 β

x

∆β

Рис. 2

Обозначим приведенное значение ВГД через P: P= p – pa0. Выполнив соответствующие подстановки, после преобразований получим

( )∆β

=



∆pa σ

⎡ ⎢y ⎢



ϕ0

⎢⎣

d2 − y2 4σ

p

1



1
ϕ0 y R

⎤ ⎥ ⎥ ⎥⎦

.

При условии φ0y/R