Способ квантитативной колориметрии хрусталика

 

Изобретение относится к области медицины, а именно, к офтальмологии, и предназначено для определения плотности ядра хрусталика и зрелости катаракты. Изобретение включает регистрацию изображения хрусталика и формирование его изображения на компьютерном мониторе. Причем, переводят первоначальное изображение хрусталика к изображению одного цвета при помощи комбинированного цветового фильтра. Используемый фильтр выполнен с возможностью пропускания или устранения яркости отдельных цветовых каналов. Затем определяют значения яркости красного, зеленого и синего оттенков цветов по центральной оптической оси глаза в передней и задней половине ядра и в задних кортикальных слоях до и после применения цветового фильтра. Высчитывают разницу между значениями яркости до и после применения цветового фильтра. По полученным значениям оценивают плотность ядра хрусталика и зрелость катаракты. Изобретение позволяет упростить процедуру определения плотности ядра хрусталика и зрелости катаракты и повысить ее качество. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к медицине, а именно к офтальмологии, и может быть применено для квантитативного определения плотности ядра хрусталика при различных катарактах.

Катаракта - одно из самых распространенных заболеваний глаза, сопровождающееся помутнением хрусталика глаза и снижением зрения. При выраженном снижении зрения, связанном с такими помутнениями хрусталика, при которых свет не проникает или слабо достигает сетчатки глаза, единственным в настоящее время радикальным методом лечения является хирургический. В разное время были предложены различные методики хирургического лечения катаракты. Современные подходы основываются на экстракапсулярном методе, при котором основным условием операции является сохранение задней капсулы хрусталика, как залога соблюдения анатомо-физиологического строения глаза и интактного состояния стекловидного тела во время операции.

Как известно, при экстракапсулярном методе удаления катаракты основным моментом операции является удаление ядра хрусталика. Ядро хрусталика, в отличие от так называемых кортикальных слоев, по мере увеличения возраста человека уплотняется, а при некоторых катарактах склерозируется с превращением в довольно плотное вещество. Только в детском и тинэйджерском возрасте консистенция ядра мягкая, и оно может быть при врожденных катарактах удалено обычным всасыванием (аспирацией) через иглу с большим внутренним просветом. Однако в зрелом возрасте при наличии катаракты и показаний к ее хирургическому лечению ядро не может быть свободно аспирировано. Если оно удаляется целиком, то такой вид операции называется экстракапсулярная экстракция катаракты, и этот метод лечения до недавнего времени являлся одним из основных видов операции. В 1967 г. д-р Келман (США) предложил использовать внутриглазное раздробление ядра хрусталика до состояния эмульсии с помощью ультразвукового наконечника, введенного внутрь глаза, и аспирирования этой эмульсии через инъекционную иглу. Метод, названный факоэмульсификацией катаракты, вначале не получил широкого распространения. Хорошие результаты хирургического лечения были получены при некоторых видах катаракт, при которых ядро не было подвержено сильному склерозу, а также у пациентов молодого возраста. Но в подавляющем числе случаев при удалении катаракты этим методом продолжительное воздействие ультразвука приводило к серьезным осложнениям, приводящим к потере зрения и глаза. Особенное распространение по всему миру факоэмульсификация получила в последние годы за счет разработки и внедрения зарубежных вискоэластических препаратов, более эффективно защищающих от губительного воздействия ультразвука на эндотелий роговицы. Простота выполнения операции, ее непродолжительность, короткий послеоперационный период для пациента, отсутствие многих осложнений, свойственных экстракапсулярной экстракции катаракты, хороший доход для врача и клиники и многие другие факторы делает этот вид операции весьма привлекательным для многих хирургов. Имплантируемые в глаз интраокулярные линзы эффективно с хорошими функциональными и рефракционными результатами заменяют катарактально измененные хрусталики, восстанавливая утраченную остроту зрения. В связи с этим в мировой практике отмечается тенденция к раннему удалению катаракты, когда зрение еще позволяет пациенту различать предметы, и в некоторых случаях по данным литературы операцию факоэмульсификации катаракты выполняют при остроте зрения 0,5. Из основных причин “омоложения” операций следует выделить три. Первая, пожалуй, основная для экономически развитых стран, это иное, отличающееся от слабо развитых стран, так называемое “качество жизни”, когда пациент с катарактой, даже с небольшим снижением зрения, не хочет устраняться из-за этого заболевания от активной жизни, занятием спортом, другими увлечениями, высокооплачиваемой или интересной работой и т.д. Поэтому такие пациенты обращаются к офтальмохирургу, поскольку терапевтические средства лечения катаракты в большинстве случаев не так быстро оказывают необходимый эффект, который так же и не во всех случаях может быть достижим. Вторая причина - это желание хирурга помочь нуждающемуся пациенту и неплохо заработать, поскольку подобные операции более дороги, чем классическая экстракапсулярная экстракция катаракты. И третья причина связана с тем, что более успешное выполнение этой операции достигается при еще не совсем непрозрачных катарактах, с небольшой степенью склерозирования ядра. Однако в большинстве стран мира наблюдаются в общей структуре хирургических больных пациенты со зрелой катарактой, с сильно выраженным склерозированным ядром и резко сниженной остротой зрения. Особенно это заметно в нашей стране, поскольку современное оборудование, применяемое для факоэмульсификации весьма дорого, и используется преимущественно в частных клиниках, а отсутствие необходимого финансирования муниципальных учреждений делает недоступным этот вид операции для большинства пациентов. По медицинским показаниям в условиях системы обязательного медицинского страхования (ОМС) операция по удалению катаракты может быть выполнена при наличии зрелой катаракты и низкой остроты зрения, препятствующей выполнению действий, связанных с личным обслуживанием пациента (как правило, ниже 0,01). Выполнение же факоэмульсификации при таких катарактах с довольно плотным и склерозированным ядром сопряжено с повышенным риском возникновения осложнений не только со стороны роговицы, но и сетчатки в виде витреоретинального синдрома, который, по данным литературы (материалы XXIX офтальмологического съезда в Сиднее), может проявиться несколько лет спустя после факоэмульсификации и сопровождается снижением зрения, при этом эти осложнения встречаются чаще, чем после классической экстракапсулярной экстракции катаракты (далее ЭКЭК). В связи с этим при таких катарактах более оправдано выполнение ЭКЭК.

Поэтому актуально для определения показаний к выполнению того или иного вида оперативного лечения катаракты иметь дооперационные данные о состоянии зрелости катаракты и плотности ядра хрусталика.

Зрелость катаракты чаще всего оценивается при осмотре глаза с помощью щелевой лампы путем микроскопии хрусталика. При этом обычно различают три стадии созревания катаракты: начальная, незрелая или набухающая, зрелая (Федоров С.Н., Ярцева Н.С., Исманкулов А.О. Глазные болезни. М., 2000, с.219). Оперативное лечение показано при незрелой и зрелой катаракте, при этом может быть выполнена как ЭКЭК, так и факоэмульсификация. Поэтому эти субъективные критерии созревания катаракты могут иметь значение только для предварительного заключения. Большее распространение для определения плотности ядра хрусталика получили субъективные критерии оценки по его цвету (Chylack L.T., Ransil B.J., White O. Classification of human senile cataractous change by the American Cooperative Cataract Research Group (CCRG). Method III. The association on nuclear color (sclerosis) with extend of cataract formation, age and visual acuity // Invest. Ophthalmol. – 1984. - Vol.25, N2. - P.174-180.). Это связано с тем, что по мере склерозирования ядра хрусталика и его уплотнения изменяются в разной степени дины волн света, поглощаемые и отражаемые от ядра хрусталика. Цвет изображения ядра хрусталика при этом по мере созревания ядерной катаракты, которая в отличие от корковой всегда более плотная, изменяется от зеленных оттенков к желтым и далее к бурым. На основе наличия различных цветов ядра для планирования предстоящей операции были разработаны классификации плотности ядра хрусталика, самой распространенной из которых является классификация Буратто, при которой различают 4 степени плотности катаракты (Buratto L. Phacoemulsification. Milano, 1998).

Имея преимущества в виде простоты выполнения, данные классификации, однако, лишены объективности исследований и зависят целиком от субъективного мнения врача. Для определения объективных критериев показаний к тому или иному виду хирургического лечения катаракты, необходимы квантитативные исследования состояния плотности ядра хрусталика.

Объективные квантитативные исследования состояния хрусталика при различных катарактах были проведены по изображениям хрусталиков, полученным при сохранении их в оцифрованном виде с помощью ЭВМ (персонального компьютера) и результаты отражены в статье Краснова М.М., Макарова И.А., Юссефа С.Н. Денситометрический анализ ядра хрусталика в выборе тактики хирургического лечения катаракты (Вестник офтальмологии, 2000, №4, с.6-8) и патенте РФ на изобретение “Способ количественной оценки плотности ядра хрусталика” (2157082 С 1).

По совокупности существенных признаков наиболее близким аналогом изобретения является способ, раскрытый в патенте РФ №2157082 С1. Способ основан на денситометрическом исследовании изображений хрусталика, а также на измерениях размеров ядра хрусталика. Степени плотности ядра хрусталика были определены за счет следующих критериев: оптическая плотность изображений хрусталика в передних и задних кортикальных слоях, в передней и задней половине ядра, коэффициент светопоглощения ядра хрусталика, размер хрусталика и его ядра, а также субъективная колориметрия (определение цвета) ядра хрусталика в его передней и задней половине. Таким образом, для классификации катаракт по плотности ядра было использовано 7 квантитативных критериев и один субъективный критерий, что придает исследованиям, с одной стороны, несколько громоздкий характер, а с другой, - полностью не исключает субъективности в исследованиях.

Поэтому для целей объективного исследования необходимо полностью исключить субъективные методы, тем более, что для определения цвета катарактально измененного хрусталика это имеет особое значение, например, при проведении консультаций пациентов через электронные сети Internet.

Целью настоящего изобретения является разработка оптимального и несложного способа определения плотности ядра хрусталика и зрелости катаракты.

Указанная цель достигается применением квантитативного анализа цвета хрусталика (объективной колориметрии) и действий, составляющих суть настоящего изобретения.

Выполнение предлагаемого способа заключается в следующем.

Для получения изображений хрусталика применяли микроскопию переднего отрезка глаза на щелевой лампе. Конструкцией щелевой лампы предусматривалось наличие тубуса (фотощелевая лампа), к которому через оптический адаптер была присоединена цветная видеокамера. Видеовыход видеокамеры был соединен с S-входом платы захвата изображения (image-capture board), находящейся в операционном блоке персонального компьютера. Регистрация изображений хрусталика в ряде случаев производилась при фотографировании его на фотокамеру. Сохранение статических изображений в оцифрованном виде в памяти персонального компьютера производили при условиях четкой фокусировки по центру хрусталика. К биомикроскопии хрусталика приступали только после достижения максимально возможного мидриаза, который достигали путем предварительной двукратной инсталляции 0,5% раствора тропикамида. Пациенты фиксировали взгляд на точки фиксации, которая всегда располагалась в одном месте. Для получения стандартизированных изображений у всех пациентов применялась одна и та же модель щелевой лампы, всегда одинаковые условия освещения глаза пациента, предусматривающие одинаковые размеры открытия диафрагмы для светового потока, используемого при освещении глаза и для видеорегистрации, всегда одинаковую силу (освещенность или яркость) светового потока, увеличение оптической системы и угол наклона тубуса осветителя, который составлял 45. Формирование изображений хрусталика осуществляли на компьютерном мониторе (Sony Multiscan 100 sx, с настроенным разрешением 800600 точек) в режиме Overlay. При регистрации изображений хрусталика всегда применяли одну и ту же модель щелевой лампы, цветную видеокамеру, персональный компьютер и микропроцессорную плату захвата изображения.

На сохраненных изображениях хрусталик при разных катарактах имел различные оттенки цвета (от бесцветного до красно-коричневого или белого). Для оценки цвета хрусталика была применена квантитативная колориметрия по методике, составляющей суть настоящего изобретения.

Из известных трех моделей передачи цветов изображения основной является RGB, которая содержит информацию о трех основных цветах - красном, зеленом и голубом, и в совокупности составляющих даже большее количество оттенков, которое в состоянии различить человеческий глаз. Оценка цветовых составляющих изображения по трем основным цветам представляется довольно сложной, длительной и громоздкой, поскольку в совокупности этих значений приходится более 16,7 млн. оттенков цветов. Поэтому для выполнения поставленной цели настоящего исследования производили изменение первоначального цвета изображения хрусталика в индексированный (или псевдоколорированный) вид. Для этого использовали комбинированный цветовой фильтр, пропускающий или устраняющий определенные значения яркости отдельных цветовых каналов на искомом изображении. Фильтр создан в компьютерной графической программе и при его использовании так же, как и в обычных аналоговых устройствах (фотографирование с применением цветных фильтров), исключались на цифровых изображениях значения яркости некоторых цветов, тем самым преобразуя изображение в индексированное (псевдоколлорированное).

Фильтр позволил перевести изображения хрусталиков с различными цветами (с оттенками белого, желтого, красно-коричневого и др.), наблюдаемые при разных по степени зрелости и плотности катарактах к изображению одного цвета. Этот цвет был назначен зеленым, поскольку именно такой цвет чаще наблюдается при прозрачном хрусталике у пациентов среднего возраста.

В компьютерных редакторах растровой графики имеются настройки по изменению различных оттенков цветов. С целью изменения оттенков девяти цветов имеется возможность коррекции этих цветов по выборочному ограничению отдельных цветовых каналов модели CMYK. После предварительных исследований и чисто эмпирическим путем были выбраны необходимые цвета и каналы для цветокоррекции и таким образом создан цветовой комбинированный фильтр. При его создании были отобраны два цвета: красный и желтый. Выбор пал на эти цвета, поскольку при самых плотных и зрелых ядерных катарактах цвет хрусталика имеет красно-желтый (бурый) цвет. При коррекции красного цвета был исключен канал, ответственный за пурпурный цвет, а в желтом цвете - два канала: пурпурный и желтый. Полученный цветовой комбинированный фильтр был сохранен в виде файла. При его применении в графической программе цвет изображения индексируется, превращая желто-красные цвета изображения в зеленый. Последующий цветовой анализ изображений хрусталиков с различными по степени зрелости катарактами с применением данного фильтра осуществляли по модели RGB. Производилось измерение значений яркости каждого из трех каналов (красного, зеленого и синего) по центральной оптической оси глаза на изображениях хрусталиков в передней и задней половинах ядра, а также в задних кортикальных слоях, до- и после применения фильтра. Для анализа отбирались максимальные значения яркости, определяемые в этих слоях хрусталика, и высчитывалась разница между значениями яркости до- и после применения фильтра. По полученным значениям производили оценку состояния зрелости катаракты и плотности его ядра.

При оценке результатов измерений была получена определенная закономерность относительно того, что при всех катарактах значения яркости по красному каналу не изменялись до- и после включения фильтра. Изменения значений коснулись только по зеленому и синему цвету, разница значений которых была прямо пропорциональна степени зрелости катаракты и изменению плотности хрусталикового ядра. В соответствии с результатами значений разницы при измерении яркости зеленого и синего цветов до- и после включения программного фильтра была составлена квантитативная классификация катаракт в зависимости от ее зрелости и плотности ядра (таблица).

По мере созревания катаракты и уплотнения ядра хрусталика увеличивается разность значений яркости по зеленому и синему цветам. Было отмечено, что эта тенденция характерна больше для зеленого, чем для синего цвета. Разность значений синего цвета не всегда соответствует степеням зрелости катаракты и плотности вещества хрусталика, например, при V и VI степенях средние значения разности синего цвета в задней половине ядра приблизительно одинаковы, а разброс значений при VI степени даже больше, чем в V. Напротив, для зеленого цвета прослеживается четкая тенденция по возрастанию разности значений в зависимости от зрелости катаракты и плотности вещества хрусталика. Поэтому при анализе изображения хрусталика и при проведении квантитативной оценки изменения его цвета при созревании катаракты можно регистрировать только результаты разности значений яркости по зеленому цвету при использовании данного программного спектрального фильтра.

Изменения в значениях яркости, регистрируемые в задних кортикальных слоях, наблюдались только при катарактах, которые по субъективной общепринятой классификации можно отнести к начальным, имеющим помутнения хрусталика соответственно в задних кортикальных слоях. При этих катарактах снижение зрения наблюдалось только при наличии выраженных помутнений задней капсулы (при заднекапсулярной катаракте) или кортикальных слоев (при передней или задней полярных), которые на изображениях регистрировались в виде высоких значений оптической плотности. Дальнейшее созревание катаракты происходит различно в зависимости от локализации изменений в ядре или в кортикальных слоях. Последующие степени зрелости катаракты согласно предлагаемой классификации при субъективном биомикроскопическом осмотре определяются как незрелые, зрелые и перезревшие.

При наличии разности в значениях яркости цветов, регистрируемых в задней половине ядра, по предлагаемой квантитативной классификации катаракты отнесены ко II степени зрелости, а при появлении разности в значениях цветов в передней половине ядра - к III степени. Обе эти степени визуально трудно различимы и при биомикроскопическом осмотре могут соответствовать незрелым (не набухающим) кортикальным или ядерным склеротическим катарактам.

Катаракты молочного или перламутрового цвета, на изображениях которых определяются самые высокие значения оптической плотности сразу под передней капсулой и в передних кортикальных слоях, отнесены к IV степени. При этой степени хрусталик увеличен в размерах, передняя камера, как правило, мелкая. Быстро прогрессирующее и сильно выраженное наводнение кортикальных слоев хрусталика приводит к появлению заметного препятствия для прохождения света к сетчатке глаза и поэтому резкому снижению зрения пациента вплоть до правильной светопроекции. Однако плотность ядра хрусталика остается по-прежнему невысокой и поэтому для факоэмульсификации может потребоваться меньше мощности и продолжительности работы ультразвука, чем при катарактах V и VI степени зрелости.

V и VI степени при биомикроскопическом осмотре могут быть отнесены как к незрелым, так и к зрелым и даже к перезревшим катарактам, и поскольку строго определенных субъективных критериев оценки не существует, то катаракты обычно относят к той или иной степени зрелости в зависимости от выраженности помутнений во всех слоях хрусталика или в его отдельных слоях.

Используя в настоящем исследовании индексирование изображения с применением программного спектрального фильтра, представилась возможность оценивать плотность катарактально измененного вещества хрусталика только по одному критерию - разности значений яркости зеленого цвета до- и после применения фильтра. Были классифицированы шесть степеней плотности вещества хрусталика и зрелости катаракты. Абсолютным противопоказанием к проведению факоэмульсификации является наличие “черного” ядра, что на практике встречается весьма редко. По настоящей классификации относительным противопоказанием, при котором риск возникновения интра- и послеоперационных осложнений высок, является наличие у пациентов VI степени плотности ядра, в связи с чем выбором лечения является классический способ экстракапсулярной экстракции катаракты. При остальных степенях показана факоэмульсификация с использованием механического или ультразвукового способов фрагментации ядра, а при I степени только при наличие помутнений хрусталика, приводящих к резкому снижению зрения (при заднекапсулярных или полярных катарактах).

Разработанная методика квантитативной колориметрии изображений хрусталика была использована для объективной оценки прозрачности хрусталика при различных катарактах по изображениям, полученным по электронным сетям Internet, и вместе с необходимой дополнительной информацией о пациенте может быть применена для оказания консультативно-диагностической помощи населению удаленных региональных медицинских учреждений от специализированных офтальмологических центров. Данная методика дооперационного обследования пациентов позволяет устанавливать доверительные и демократические отношения между пациентами (или их представителями в лице участкового регионального врача или в случаях необходимости юриста) и персоналом хирургической клиники. Оценку осложнений операции факоэмульсификации или ЭКЭК предлагается производить согласно объективной классификации зрелости и плотности катаракты.

Предлагаемый способ квантитативной колориметрии хрусталика позволяет объективно проводить определение плотности и зрелости катаракты по изображениям хрусталика, что позволяет определить объективные показания к проведению различных методик факоэмульсификации или классической ЭКЭК.

Представленный способ апробирован на 168 пациентах с различными по степени зрелости и плотности хрусталикового ядра катарактами.

Таким образом, заявляемое решение имеет существенные признаки отличающие его от прототипов и способствующие достижению цели изобретения, что обуславливает соответствие решению критерия “новизна”.

В известных технических решениях не обнаружено признаков, сходных с отличительными признаками заявляемого решения, что подтверждает соответствие решению критерия “существенные отличия”.

Применение способа в клинической практике иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Пациент М., 1928 г.р., а.к. №2371, диагноз: ядерная склеротическая катаракта, миопия средней степени обоих глаз. При осмотре - острота зрения с коррекцией правого глаза 0,3, левого глаза 0,02. При биомикроскопии хрусталика определяются помутнения хрусталика в задних кортикальных слоях и в ядре в виде его склероза, цвет ядра имел зеленную окраску с кажущейся небольшой желтизной на правом и явной на левом. Глазное дно без патологии, на левом не офтальмоскопируется. Было произведено сохранение изображений хрусталиков. На изображениях определили разницу в значениях зеленого цвета до- и после использования разработанного фильтра, которая составила на правом глазу - 8 в передней половине ядра и 19 в задней половине ядра, а на левом - 31 в передней половине ядра и 58 в его задней половине. Катаракты были классифицированы на IV степень для правого глаза и VI степень для левого. В связи с этим рекомендацией было в качестве хирургического лечения использовать факоэмульсификацию только на правом глазу с высокой мощностью ультразвука и дополнительной механической фрагментацией ядра, а для правого глаза - классическую экстракапсулярную экстракцию катаракты, как более безопасную операцию при таком плотном ядре хрусталика.

Формула изобретения

1. Способ определения плотности ядра хрусталика и зрелости катаракты путем квантитативной колориметрии хрусталика, включающий фото- или видеорегистрацию изображения хрусталика и формирование его изображения на компьютерном мониторе, отличающийся тем, что переводят первоначальное изображение хрусталика к изображению одного цвета при помощи комбинированного цветового фильтра, выполненного с возможностью пропускания или устранения яркости отдельных цветовых каналов, определяют значения яркости красного, зеленого и синего оттенков цветов по центральной оптической оси глаза в передней и задней половине ядра и в задних кортикальных слоях до и после применения цветового фильтра, высчитывают разницу между значениями яркости до и после применения цветового фильтра и по полученным значениям оценивают плотность ядра хрусталика и зрелость катаракты.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используемый цветовой фильтр характеризуется красным и желтым цветами, причем в красном цвете исключают канал пурпурного цвета, а в желтом цвете исключают каналы пурпурного и желтого цвета.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что при формировании изображения используют одну и ту же модель щелевой лампы при соблюдении одинаковых условий освещения хрусталика глаза, фото- или видеокамеры, микропроцессорной платы захвата изображения и персонального компьютера.