МЕТОДИ ВИЯВЛЕННЯ ДЕЦЕНТРАЦІЙ ПРИРОДНОГО ТА ШТУЧНИХ КРИШТАЛИКІВ ОКА

Зарічний О.О., д. т. н., професор Чиж І. Г.

НТУУ «Київський політехнічний інститут»

МЕТОДИ виявлення децентрацій природного та штучних кришталиків ока

Вступ.

Оптична система ока не має осьової симетрії, а візуальна вісь нахилена до оптичної осі [1]. Оптичні поверхні рогівки та оптичні поверхні кришталика не мають загальної осі симетрії. Як наслідок, в зоні макули спостерігаються істотні польові аберації, які призводять до зниження гостроти зору. Найбільше гостроту зору знижує первинний астигматизм.

Вплив асиметрії оптичної системи ока на гостроту зору потребує детального теоретичного та клінічного дослідження. Такі дослідження можна провести при наявності офтальмологічних приладів, що дозволяють виявляти порушення симетрії оптичних елементів ока та їх взаємного розташування. На цей час створені деякі апаратні засоби призначені для виявлення децентрацій кришталика або імплантованої інтраокулярної лінзи (ІОЛ) відносно поверхонь рогівки. На жаль відомості про ці апаратні засоби розпорошені по різних виданнях, не систематизовані, що не сприяє їх ефективному використанню спеціалістами, які розробляють офтальмологічні прилади, або їх використовують в клінічній практиці. В зв’язку з цим доцільним вважається зробити аналітичний огляд апаратів, придатних для досліджень асиметрії оптичної системи ока, та зробити висновки відносно стану їх розвитку та перспектив подальшого вдосконалення.

Постановка задачі

Відомі декілька методів та апаратних засобів виявлення порушень симетрії оптичної системи ока [1-4]. Вони відрізняються принципами дії та конструкцією. Кожен з цих методів та засобів має свої переваги та недоліки. Тому задачею даної роботи є порівняльний аналіз цих методів та засобів з метою визначення перспективних напрямків їх подальшого вдосконалення.

Огляд та порівняльний аналіз методів та засобів виявлення асиметрії оптичної системи ока

Сучасні методи виявлення асиметрії оптичної системи ока засновані на використанні приладів, що забезпечують фотографування оптичних поверхонь рогівки та кришталика (Шаймпфлюг-фотографія), вимірювання відстаней від оптичних поверхонь рогівки та кришталика у різних точках зіниці з використанням приладу IOL MASTER, а також реєстрацію Пуркіньє-образів з подальшим аналізом параметрів децентрування поверхонь. Головним чином вказані методи та прилади використовують для вимірювань децентрацій природного кришталика або ІОЛ відносно осі симетрії рогівки.

Метод вимірювання нахилу і децентрації ІОЛ методом Шаймпфлюг-фотографії

Для отримання зображення зрізу рогівки та виявлення розташування відносно неї природного кришталика або імплантованої ІОЛ використовують біометр Pentacam [2]. Цей прилад представляє собою фотокамеру, що отримує зображення переднього сегмента ока методом формування вузької світлової щілини за прикладом звичайної щілинної лампи. Прилад дозволяє отримувати зображення освітленого зрізу тіла рогівки з одночасним зображенням кришталика. Фотокамера обертається навколо осі симетрії рогівки і здійснює фотографування ока за 2 секунди у 25ти ракурсах (рис.1).

messprinzip

Рис. 1. Принцип фотографування зрізів переднього сегмента ока

При фокусуванні світла на кришталику визначається його оптичний зріз у формі двоопуклого прозорого тіла. У зрізі чітко виділяються поверхні кришталика, а також сіруваті овальні смуги - так звані зони розділу, обумовлені різною щільністю речовини кришталика (рис.2).

Рис. 2. Фотографія оптичного зрізу переднього сегмента ока. Через розширений зіницю видно оптика ІОЛ

Особливістю даного методу є використання фотографічних принципів Теодора Шаймпфлюга, згідно з якими, змінюючи нахил площини фотоприймача камери можна реєструвати зображення ділянок ока, які знаходяться на різних відстанях від об’єктиву камери. Цим досягається істотне збільшення інформації про форму та взаємне розташування оптичних елементів ока.

Зазвичай площина об'єкту, площина зображення об'єкту та фокальна площина об'єктиву камери розташовані паралельно (рис.3, A). Якщо об'єкт розташований паралельно світлочутливій площині фотоприймача, то він має різке зображення на вказаній площині. Якщо площина об'єкту не паралельна площині фотоприймача (рис.3, В), то різке зображення будуть мати лише ті елементи об'єкту, які розташовані паралельно площині фотоприймача. Зображення цих елементів об'єкту утворюють зріз зображення об'єкту. Метод Шаймпфлюга дає можливість отримати зображення переднього сегмента ока з більшою глибиною різкості , але він вводить геометричні спотворення.

$C:\Users\Alex\Desktop\статья\шаймплуг ос11_1.jpg$

Рис. 3. Варіанти взаємного розташування площини предметів і площини зображень

Отримані фотографії «зрізів» ока, дають можливість визначити положення ІОЛ. Децентрація оцінюється за відстанню між оптичним центром ІОЛ і центром зіниці. Нахил ІОЛ визначається за величиною кута між віссю симетрії ІОЛ і нормаллю до відрізку, що з'єднує точки зображень райдужної оболонки і рогівки в кутах передньої камери.

Наведена методика визначення децентрації і нахилу ІОЛ не відображає тривимірної картини розташування кришталика відносно рогівки. Проте отримати тривимірну картину нахилу і децентрації ІОЛ можливо за допомогою обробки та аналізу всіх фотографій зрізів, отриманих під різними ракурсами. Недоліком методу є те, що не завжди можна отримати дані про границі деяких ІОЛ через заваду розсіяного світла [2].

Метод вимірювання нахилу і децентрації ІОЛ з використанням приладу IOL MASTER

Даний метод виявлення нахилу і децентрації ІОЛ використовує результати вимірювань глибини передньої камери в різних точках зіниці. Для цього використовується прилад IOL MASTER, який показує глибину передньої камери при розширеній зіниці в 4 парацентральних протилежних точках (рис. 4).

$C:\Users\Alex\Desktop\статья\iolm1.jpg$

Рис. 4. Точки вимірювання глибини передньої камери: S, I, N, T – позначення півмеридіанів

Для того щоб визначити кут, що характеризує нахил оптичної площини ІОЛ вводиться базова система координат (X0, Y0, Z0) з початком координат у центрі ІОЛ і вісями, одна з яких спрямована по оптичній осі (X0), віссю (Y0), яка паралельна меридіану ока SI і віссю (Z0), яка паралельна меридіану NT. Так само вводиться система координат (X1, Y1, Z1), прив'язана до ІОЛ (рис. 5).

$C:\Users\Alex\Desktop\статья\iolm.jpg$

Рис. 5. Базова та пов’язана з ІОЛ система координат

Математичний алгоритм визначення кутового положення ІОЛ за результатами вимірювань глибини передньої камери у зазначених точках викладено в роботі [3].

Метод вимірювання нахилу і децентрації ІОЛ методом Пуркіньє-образів

Пуркіньє-образ це дзеркальні відображення об'єктів, що перед оком людини. Позначеннями PI і PII відображають зображення об’єктів, сформовані передньою і задньою поверхнями рогівки, а позначення PIII і PIV вказують на дзеркальні зображення цих об’єктів сформованих передньою і задньою поверхнями кришталика. Метод вимірювання нахилу кришталика та його децентрації оснований на використанні зв’язку між положеннями Пуркіньє-зображення і кутового положення ока викладений в роботі [4]. Метод передбачає попередні відомості про геометричні параметри кришталика, або про конструктивні параметри ІОЛ. Для утворення Пуркіньє-образів використовується нахилений до оптичної осі ока пучок променів з метою уникнення перекриття зображень PI, PII, PIII, PIV.

На рис.6 показана оптична схема приладу для отримання та реєстрації Пурькінье-зображень. Прилад має два парних освітлювача (для кожного ока), у вигляді світлодіодів що випромінюють на довжині хвилі λ = 880нм і розташовані під кутом 12 градусів до оптичної осі ока.

$C:\Users\Alex\Desktop\статья\purk os.jpg$

Рис. 6. Оптична система приладу для аналізу Пурькіньє-зображень

Фотоприймач зображень утворений інфрачервоною ПЗЗ матрицею підвищеної чутливості, який функціонує разом з телецентричною лінзою, що фокусується в площині зіниці. Ще один оптичний канал утворює зображення фовеальної зони ока і забезпечує ексцентричну фіксацію, а також має систему Бадаля для корекції аметропії та для стимулювання акомодації ока. На рис.7 показаний приклад Пурькіньє-образів, зареєстрованих у пацієнта з імплантованою ІОЛ.

$C:\Users\Alex\Desktop\статья\purk.jpg$

Рис. 7. Вигляд зображень PI, PIII і PIV Пурькіньє-образів

Математичний алгоритм визначення положення кришталика або ІОЛ викладений в роботі [4].

Метод виявлення асиметрії оптичної системи ока через визначення взаємного розташування у площині зіниці візуальної осі, осі симетрії передньої поверхні рогівки та центру отвору зіниці

Децентрація та нахил кришталика або ІОЛ веде до просторової розбіжності між візуальною віссю ока, віссю симетрії передньої поверхні рогівки та центру зіниці, якщо такий існує. Чим більшою є асиметрія, тим більшою є розбіжність між вказаними осями і навпаки, суміщення цих осей свідчить про наявність симетрії. Відстані між точками у площині зіниці, у яких вказані осі її перетинають, можуть слугувати даними для кількісної оцінки асиметрії [5].

На рис.8 показана функціональна схема приладу, який здатен реалізовувати метод, що розглядається.

$C:\Users\Alex\Desktop\статья\Безымянный.JPG$

Рис. 8. Функціональна схема приладу, що дозволяє визначити положення візуальної осі та осі симетрії рогівки відносно центру зіниці ока

Джерело видимого світла підсвічує дві центрувальні марки, осі симетрії яких суміщені з оптичної віссю об’єктиву. Система інфрачервоних світлодіодів, розміщених по колам, центри яких також є суміщеними з оптичною віссю об’єктива. Відбите від рогівки світло цих світлодіодів утворює уявне зображення цих світлодіодів, яке знаходиться практично у площині зіниці. Пацієнт, фіксуючи погляд на центрувальних марках, за допомогою механізмів позиціонування приладу відносно свого ока досягає візуальне суміщення зображень центрувальних марок. При цьому телевізійна камера, яка також є центрованою відносно осі об’єктиву, фіксує зображення зіниці ока пацієнта і зображення світлодіодів. При цьому центральна точка відеокадру вказує положення візуальної осі ока у площині зіниці. А центр симетрії зображення світлодіодів показує розташування точки від осі симетрії передньої поверхні рогівки. Обробка такого зображення дозволяє виявляти та вимірювати розбіжності розташування вказаних точок.

На рис.9 показано знімки зображення зіниці, отримані на очах двох пацієнтів. Контуром відмічені краї зіниці.


Пацієнт: В.С.	Пацієнт: Ч.І.

зона розташування точки від візуальної осі

центр перехрестя – гео-метричний центр зобра-жень системи світлодіодів

центр малого жовтого кола – геометричний центр зіниці, велике коло – край зіниці

Рис. 9. Зображення зіниць очей пацієнтів, отриманих за допомогою приладу, представленого схемою на рис.8

Представлене на рис. 9 демонструє істотну розбіжність у розташуванні характерних точок у площині зіниці ока пацієнта В.С. Гострота зору ока цього пацієнта В.С. виявилася істотно нижчою ніж у гострота зору ока пацієнта Ч.І. Це свідчить про потенційну можливість методу щодо кількісної оцінки асиметрії оптичної системи ока та її зв'язку з якістю зображення на сітківці і, відповідно, з гостротою зору.

Висновки

Методи, засновані на використанні приладу IOL MASTER, Шаймплюг-фотографії і Пуркіньє-образів є ефективними при вимірюваннях нахилу і децентрації ІОЛ, тому що дозволяють кількісно оцінювати положення кришталика або ІОЛ в оці. Але, разом з тим, вони не дають можливості визначати ступінь асиметрії оптичної системи ока, що залежить від форми і взаємного розташування рогівки, кришталика та зіниці.

Перспективним вважається напрям вдосконалення вказаних вище методів за рахунок додавання до них функції виявлення взаємного розташування характерних точок у площині зіниці, запропонований авторами роботи [5].

Ключові слова: децентрація кришталика, ІОЛ, Пуркіньє-образ, Шаймпфлюг-фотографія, характерні точки у площині зіниці ока.

Література:

1. Маковкин Е.М. Клинические значение величины отклонения зрительной оси глазного яблока от его анатомической оси / Вестник ВолГМУ. — 2008. — выпуск 1(25). — С. 77-79.

2. Батьков Е.Н., Паштаев Н.П., Поздеева Н.А., Зотов В.В., Денисова А.А., Биометрия положения интраокулярных линз на основе Шаймпфлуг-фотографии // Современные технологии катарактальной и рефракционной хирургии 2009 — [Електронний ресурс] — Режим доступу. — URL: http://www.eyepress.ru/article.aspx?6755.

3. Иошин И.Э., Бессарабов А.Н., Соболев Н.П., Алиев Э.Г., Вещикова В.Н. Сравнительный анализ наклона жестких и мягких интраокулярных линз с внутрикапсульной фиксацией / Вестник офтальмологии. — 2004. — № 5. — С. 12-13.

4. Rosales P, De Castro A, Jiménez-Alfaro I, Marcos S.. Intraocular lens alignment from Purkinje and Scheimpflug imaging // Clinical and Experimental Optometry 2010 — [Електронний ресурс] — Режим доступу. — URL: http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/j.1444-0938.2010.00514.x/pdf .

5. Чиж І.Г., Сокуренко В.М., Афончина Н.Б. Експериментальне дослідження розташування в площині зіниці характерних точок ока / Вісник національного технічного університету України «КПІ». — 2005. — № 28. — С. 131-137.