Иомдина Е.Н.

ФГБУ "Московский НИИ глазных болезней им. Гельмгольца" Минздрава России

Клевцов Э.А.

Научно-технический центр «АО Елатомский приборный завод», ул. Трубежная, 16, Рязань, 390000, Российская Федерация

Иванищев К.В.

Научно-технический центр «АО Елатомский приборный завод», ул. Трубежная, 16, Рязань, 390000, Российская Федерация

Киселева О.А.

ФГБУ "Московский НИИ глазных болезней им. Гельмгольца" Минздрава России

Бессмертный А.М.

ФГБУ «Московский НИИ глазных болезней им. Гельмгольца» Минздрава России, ул. Садовая-Черногрязская, 14/19, Москва, 105062, Российская Федерация

Филиппова О.М.

ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр глазных болезней им. Гельмгольца» Минздрава России, ул. Садовая-Черногрязская, 14/19, Москва, 105062, Российская Федерация

Лужнов П.В.

Научно-технический центр «АО Елатомский приборный завод», ул. Трубежная, 16, Рязань, 390000, Российская Федерация

Шамаев Д.М.

Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана, 2-я Бауманская ул., 5, стр. 1, Москва, 105005, Российская Федерация

Услонцев Д.Н.

ГБУ Рязанской области «Бюро СМЭ», Восточный промузел, 18, Рязанская обл., 390047, Российская Федерация

Экспериментальное моделирование как основа определения оптимальных параметров датчика для транспальпебральной тонометрии

Журнал: Вестник офтальмологии. 2019;135(6): 27-32

Просмотров : 55

Загрузок : 1

Как цитировать

Иомдина Е. Н., Клевцов Э. А., Иванищев К. В., Киселева О. А., Бессмертный А. М., Филиппова О. М., Лужнов П. В., Шамаев Д. М., Услонцев Д. Н. Экспериментальное моделирование как основа определения оптимальных параметров датчика для транспальпебральной тонометрии. Вестник офтальмологии. 2019;135(6):27-32. https://doi.org/10.17116/oftalma201913506127

Авторы:

Иомдина Е.Н.

ФГБУ "Московский НИИ глазных болезней им. Гельмгольца" Минздрава России

Все авторы (9)

Как известно, точное определение показателей внутриглазного давления (ВГД) имеет решающее значение для диагностики и контроля течения глаукомного поражения [1, 2]. Однако до настоящего времени идет поиск такого устройства для измерения уровня ВГД, которое бы позволяло максимально точно определять истинный индивидуальный уровень офтальмотонуса, в том числе в глазах с измененной и иррегулярной роговицей, при минимальном дискомфорте для пациента. Последнее обстоятельство имеет немаловажное значение, поскольку реакция пациента на процесс измерения (условно-рефлекторный блефароспазм, моргание и др.) может среди прочих факторов приводить к отклонению получаемых значений от реального уровня ВГД, т. е. способствовать увеличению погрешности измерения.

До настоящего времени «золотым стандартом» определения значений ВГД считалась контактная тонометрия по Гольдману (ТГ), однако исследования последних лет показали, что во многих случаях этот метод оказывается существенно менее точным, чем, например, динамическая контурная тонометрия (ДКТ) или тонометрия с помощью прибора Icare, при использовании которых контакт измерительного устройства с роговицей пациента сводится к минимуму [3, 4].

Многочисленные рандомизированные сравнительные исследования тонометров различного типа показывают, что при наличии высокого качественного соответствия (до 95%) тонометрических величин ВГД (различия средних значений составляли не более 2 мм рт.ст.) их индивидуальные отклонения от значений, полученных с помощью других тонометров, могут быть весьма существенными. Так, по данным B. Kouchaki и соавт. [5], индивидуальные различия данных ДКТ и ТГ находились в диапазоне от (–)5,7 до 2,5 мм рт.ст., пневмотонометрии — от –4,1 до 4,7 мм рт.ст., а результаты определения роговично-компенсированного ВГД (прибор ORA, «Reichert», США) — в диапазоне от –5,3 до 3,7 мм рт.ст. Отличия данных, например ДКТ, от «золотого стандарта» особенно велики при наличии у пациента тонкой роговицы, а также в продвинутых стадиях глаукомы [6, 7]. Есть основания полагать, что тонометр Icare, характеризующийся минимальной зоной контакта с роговицей (измерение уровня ВГД основано на принципе быстрого «отскока» миниатюрного наконечника от роговицы) [8], дает более точные значения ВГД, чем ТГ и ДКТ, особенно при иррегулярной роговице (после кератопластики, рефракционной хирургии, при травматических повреждениях) [9—12]. В то же время разработчики тонометра Icare приводят следующие данные о его точности: ±1,2 мм рт.ст. при уровне ВГД ниже 20 мм рт.ст. и ±2,2 мм рт.ст. при значениях ВГД выше 20 мм рт.ст. (https://www.icaretonometer.com/wp-content/uploads/2015/08/Icare_ic100_brochure_TA011_056-EN_1.3_lo-res.pdf).

Логично предположить, что с точки зрения минимизации контакта измерительного устройства с поверхностью глаза предпочтительным способом определения уровня ВГД может быть транспальпебральная тонометрия (ТПТ), которая вообще исключает такой контакт. Транспальпебральные тонометры (портативный тонометр ТГДц-01 «ПРА» и индикатор внутриглазного давления ИГД-02 «ПРА»), работающие по принципу «отскока», т. е. упругого взаимодействия свободно падающего штока с глазным яблоком через веко [13, 14], несмотря на определенные преимущества [15, 16], не получили широкого распространения в клинике из-за недостаточной точности измерения, особенно при высоком уровне ВГД.

В то же время в последние годы был разработан транспальпебральный тонометр (тонометр внутриглазного давления ТВГД-02, далее — ТВГД-02, производство АО «ЕПЗ», Россия), основанный на другом физическом принципе, а именно — на измерении жесткости оболочек глаза, отражающей уровень ВГД, путем определения частоты механических колебаний глазного яблока как упругой системы, нагруженной некоторой массой (весом штока) [17, 18]. Измерительное воздействие ТВГД-02 производится через веко на склеру в области, соответствующей сorona ciliaris в меридиане 12 ч, и воспринимается пациентом как мягкая вибрация. Измерение, повторяющееся несколько раз подряд, состоит из двух фаз: 1) фазы активного смещения штока и 2) измерительной фазы свободных колебаний штока. При этом амплитуда свободных колебаний не имеет существенного значения — важна только частота, которая зависит от массы штока и жесткости глаза, взаимосвязанной с ВГД. Главным отличием ТПТ от других методов измерения уровня ВГД, предусматривающих контакт с глазной поверхностью, является демпфирующее влияние века. Нейтрализация этого влияния производится его предварительным сжатием с помощью штока, аналогично пальпированию, при котором веко предварительно сжимается (продавливается) пальцами. На величину сжатия века влияют вес штока и площадь (диаметр) его основания, эти же параметры влияют на измеряемую частоту колебаний штока, а значит, предопределяют точность ТПТ. В связи с этим для получения надежных результатов измерения уровня ВГД необходим адекватный выбор значений данных параметров и их правильного сочетания.

Цель работы — разработка экспериментальной модели для определения оптимальных параметров датчика транспальпебрального тонометра (веса штока и его диаметра).

Материал и методы

Исследование проведено в отделении судебно-медицинской экспертизы in situ на 12 глазах 5 мужчин и 1 женщины в возрасте от 49 лет до 71 года, умерших не более чем за 10 ч до исследования. Веки и глаза не имели физических повреждений, а также внешних признаков глазных заболеваний (шрамов, опухолей, помутнения роговицы и пр.). До начала эксперимента штангенциркулем измеряли толщину века, а затем определяли исходный уровень ВГД тонометром ТВГД-02 (рис. 1).

Рис. 1. Экспериментальная установка для оценки соответствия между тонометрическим и манометрическим давлением в глазу с целью контроля точности данных ТПТ.

Для контроля точности данных ТПТ, а также выбора оптимальных параметров датчика нами был использован метод сравнения тонометрического и истинного давления, измеренного прямым манометрическим методом. Для этого разработана и изготовлена экспериментальная установка, состоящая из стенда с системой трубок, заполненных дистиллированной водой, стрелочного манометра, откалиброванного по высоте водного столба, миллиметровой шкалы на штативе, а также иглы с соединительными трубками и двумя клапанами (см. рис. 1).

Эксперимент проводили следующим образом. После заполнения системы стенда дистиллированной водой его размещали так, чтобы стрелочный манометр располагался на одном уровне с геометрическим центром исследуемого глаза. Уровень давления в исследуемом глазу, равный 50 мм рт.ст., устанавливали подачей в глаз воды через иглу, введенную в стекловидное тело, путем перемещения вверх подвижной части стенда с вертикальной трубкой. Величина давления задавалась высотой водного столба, измеряемой по миллиметровой шкале от геометрического центра глаза, и дополнительно контролировалась стрелочным манометром.

После установки требуемого уровня давления непосредственно перед измерением перекрывали клапан, расположенный на соединительной трубке перед иглой, что препятствовало оттоку воды из глаза в процессе измерительного воздействия. После измерения показателей ВГД тонометром ТВГД-02 клапан открывали и по манометру проверяли величину давления для подтверждения отсутствия утечек жидкости во время измерения.

Измерения транспальпебральным тонометром с различными датчиками проводили последовательно при 5 различных значениях давления внутри глаза — 50, 40, 30, 20 и 10 мм рт.ст., задаваемых путем изменения высоты водного столба (смещения вниз стенда). Значения давления внутри глаза каждый раз дополнительно контролировались стрелочным манометром.

Для ТПТ использовали датчики различного веса: легкий — 11±0,3 г (далее 11 г), стандартный, описанный в работе В.И. Дыкина и соавт. [18] — 16±0,3 г (далее 16 г), тяжелый 22±0,3 г (далее 22 г), а также с разными диаметрами штока: стандартным — 1,5±0,1 мм (далее 1,5 мм), средним — 3±0,1 мм (далее 3 мм) и широким — 5±0,1 мм (далее 5 мм).

Для статистической обработки, учитывая непараметрический характер распределения данных, мы использовали показатели медианы, а также межквартильного диапазона значений — 1-го и 2-го квартилей [25; 75%]. Сравнительный анализ результатов тонометрии, полученных с помощью датчиков разного веса и с разным диаметром штока, проводили с использованием двустороннего критерия ранговых сумм — U-критерия Манна—Уитни. Различие показателей считали достоверным при уровне значимости меньше 0,05.

Результаты и обсуждение

Как показали проведенные измерения, толщина век исследованных глаз в центральной зоне варьировала от 2,5 до 3 мм; исходный уровень ВГД, определенный стандартным датчиком тонометра ТВГД-02 (вес 16 г, диаметр штока 1,5 мм), был в пределах от 12 до 22 мм рт.ст., только на двух глазах одного и того же мужчины (толщина век 3 мм) значения ВГД были повышенными (OD=30 мм рт.ст., OS = 40 мм рт.ст.).

Вес и размеры датчика оказывали существенное влияние на результаты тонометрии, увеличивая или уменьшая разницу между тонометрическим значением ВГД и истинным (манометрическим) давлением внутри глаза.

Различные сочетания веса штока и его диаметра изменяли получаемые значения давления не только количественно, но и качественно.

Как показывают данные, представленные в табл. 1, при

Таблица 1. Значения тонометрического ВГД при различных уровнях манометрического давления в зависимости от диаметра штока стандартного веса (медиана [1-й квартиль; 2-й квартиль]) Примечание. * — различия с показателями, полученными при использовании широкого штока (диаметром 5 мм), статистически достоверны.
диаметрах штока 1,5 и 3 мм и весе 16 г отмечается хорошее совпадение манометрических и тонометрических значений ВГД, тенденция к их завышению фиксировалась лишь при очень высоком уровне манометрического ВГД (50 мм рт.ст.) (рис. 2).
Рис. 2. Результаты определения уровня ВГД при использовании датчика весом 16 г с диаметром штока 3 мм.

В то же время увеличение диаметра штока до 5 мм (при том же весе) приводит к существенному отклонению тонометрических значений ВГД от манометрических. Так, начиная с уровня манометрического ВГД 20 мм рт.ст. наблюдается значительное статистически достоверное завышение результатов тонометрии, что свидетельствует о нецелесообразности использования широкого штока (диаметром 5 мм) при стандартном весе.

Применение более легкого штока (11 г) как со стандартным (1,5 мм), так и большим (5 мм) диаметром не приводит к повышению точности измерения: в первом случае результаты тонометрии оказываются завышенными (начиная с уровня манометрического ВГД 20 мм рт.ст.), а во втором — заниженными (при всех значениях манометрического ВГД).

Нами был также использован шток стандартного диаметра, но с большим весом — 22,1 (табл. 2).

Таблица 2. Результаты ТПТ с использованием штока стандартного диаметра (1,5 мм), весом 22 г (медиана [1-й квартиль; 2-й квартиль])

Как показывают данные табл. 2, использование более тяжелого штока стандартного диаметра не повышает точность тонометрии. Напротив, результаты определения уровня ВГД оказываются существенно заниженными начиная с уровня манометрического ВГД, равного 20 мм рт. ст. В связи с этим тонометр с конструкцией, характеризующейся данным сочетанием параметров датчика (большой вес, стандартный диаметр штока), не подходит для клинического применения.

Экспериментальное исследование моделей датчика для транспальпебрального измерения уровня ВГД, проведенное с использованием разработанной нами установки, позволило сопоставить данные ТПТ с истинным манометрическим давлением, что стало основанием для выбора наиболее адекватной модели и конструктивных характеристик, позволяющих повысить точность тонометрии. Полученные результаты свидетельствуют о целесообразности использования датчика стандартного веса (16 г) с диаметром 1,5 или 3 мм. Измерение значений ВГД таким датчиком дает хорошее совпадение с манометрическим уровнем давления в глазу, демонстрируя незначительную зависимость от толщины века, отмечаемую лишь при очень высоких уровнях ВГД. В связи с этим транспальпебральный тонометр с такими характеристиками датчика может быть в перспективе рекомендован для сравнительного клинического изучения и определения эффективности его применения с целью динамического контроля уровня ВГД.

Участие авторов:

Концепция и дизайн исследования: Е.И., Э.К., О.К.

Сбор и обработка материала: К.И., Д.У., А.Б., П.Л., Д.Ш.

Написание текста: Е.И., К.И., Э.К.

Редактирование: А.Б., О.Ф.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

The authors declare no conflicts of interest.

Сведения об авторах

Иомдина Е.Н. — д-р биол. наук, проф., главный научный сотрудник отдела патологии рефракции, бинокулярного зрения и офтальмоэргономики; e-mail: iomdina@mail.ru; https://orcid.org/0000-0001-8143-3606

Клевцов Э.А. — технический директор; e-mail: dirntc@elamed.com

Киселева О.А. — д-р мед. наук, начальник отдела глаукомы; https://orcid.org/0000-0002-1929-3224

Бессмертный А.М. — д-р мед. наук, старший научный сотрудник отдела глаукомы; https://orcid.org/0000-0001-6541-8211

Филиппова О.М. — канд. мед. наук, старший научный сотрудник отдела глаукомы; e-mail: changa2@mail.ru

Лужнов П.В. — канд. тех. наук, доцент кафедры «Медико-технические информационные технологии»; e-mail: petervl@yandex.ru

Шамаев Д.М. — канд. тех. наук, ведущий научный сотрудник; e-mail: shamaev.dmitry@yandex.ru

Услонцев Д.Н. — руководитель отдела; e-mail: denisusloncev@mail.ru

Автор, ответственный за переписку: Иомдина Елена Наумовна — e-mail: iomdina@mail.ru

Подтверждение e-mail

На test@yandex.ru отправлено письмо с ссылкой для подтверждения e-mail. Перейдите по ссылке из письма, чтобы завершить регистрацию на сайте.

Подтверждение e-mail