CC BY
56
КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ
© ГНДОЯН И. А., КВОЧКИН В.И.
УДК 615.47:612.:612.181:612.84/.88
ВАЗОТОНОМЕТР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ КРОВИ В ПЕРЕДНИХ ЦИЛИАРНЫХ СОСУДАХ ГЛАЗА
И. А. Гндоян, В.И. Квочкин ГБОУ ВПО Волгоградский государственный медицинский университет Минздравсоцразвития РФ, ректор - акад. РАМН В.И. Петров; кафедра офтальмологии, зав. - д.м.н., проф. А.В. Петраевский; ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный университет», ректор - д.э.н, проф. О.В. Иншаков; кафедра радиофизики, зав. - к.ф.-м.н.. доцент А. Л. Якимец.
Резюме. Разработан вазотонометр для измерения давления крови в передних цилиарных сосудах (артериях и венах) глаза, отвечающий требованиям, предъявляемым к современной диагностической аппаратуре. Преимуществами предлагаемой модификации вазотонометра являются широкий диапазон измеряемых значений давления (от 0 до 120 мм рт. ст.) и высокая точность измерения (погрешность ±1 мм рт. ст.). Прибор коммутирован с персональным компьютером. Имеется удобный интерфейс пользователя и встроенная база данных пациентов.
Ключевые слова: передние цилиарные сосуды глаза, вазотнометрия, давление крови.
Гндоян Ирина Асатуровна - к.м.н., доц. каф. офтальмологии Волгоградского государственного медицинского университета; e-mail: volgopthalm@mail. ru.
Квочкин Владимир Ильич - аспирант каф. радиофизики Волгоградского государственного университета; e-mail: kvochkinv@rambler.ru.
Значение васкулярного фактора в генезе таких глазных заболеваний, как первичная открытоугольная глаукома, псевдоэксфолифтивный синдром, катаракты различной этиологии, миопия, является общепризнанным. В этой связи вопрос о состоянии кровообращения переднего сегмента глаза (ПСГ) при изучении сосудистых механизмов развития данных заболеваний представляется актуальным, поскольку их структуры-мишени (дренажная система, радужка, цилиарное тело, хрусталик) находятся в ПСГ. Одним из основных количественных параметров, характеризующих степень данных нарушений, является давление крови в передних цилиарных сосудах (ПЦС). Однако в настоящее время приборы для измерения данного показателя не выпускаются серийно. Отсутствие такой аппаратуры создает определенные методические проблемы в научных исследованиях. Кроме того, информация об уровне давлении в ПЦС могла бы иметь прикладное значение. Например, в клинической офтальмологической практике давление крови в ПЦС может являться критерием эффективности проводимого консервативного лечения [3,5,8], а также выступать в качестве прогностического критерия перед различными оперативными вмешательствами [9]. Поэтому создание прибора для измерения давления в ПЦС, удобного в применении как для исследователя, так и для практического врача-офтальмолога, весьма актуально.
Целью работы явилась разработка цифрового прибора для измерения давления в передних цилиарных сосудах глаза, отвечающего требованиям, предъявляемым к современной диагностической аппаратуре.
Материалы и методы
Прототипом послужил автоматизированный компьютерный вазотонометр, созданный на кафедре офтальмологии Волгоградского государственного медицинского университета [7], который был модификацией приборов 60-х годов прошлого столетия - улучшенной и более удобной в применении и регистрации значения давления в ПЦС. Несмотря на ряд преимуществ (более высокая точность, регистрация значений в мм рт. ст. без
использования калибровочных таблиц, отсутствие необходимости
привлечения к исследованию ассистента, возможность измерения давления локально в любой интересующей точке), данный вазотонометр был не лишен существенных недостатков. К ним относились:
1) разброс результатов значений из-за непроизвольного дрожания руки исследователя, которой удерживался датчик при измерении;
2) разброс значений в одной серии измерений из-за наличия внешних и собственных шумов;
3) отсутствие фиксированного «нуля» у прибора, что ощутимо снижало точность значений.
В разработанном нами вазотонометре данные недостатки были в значительной степени устранены. Измерение давления в ПЦС глаза в предлагаемой модификации прибора производится с помощью индуктивного датчика (рис.1) линейного дифференциального трансформатора (ЛДТ) [1,5], который преобразует положение сердечника в электрический сигнал с амплитудой, пропорциональной приложенному давлению. Его
чувствительным элементом является пружина, преобразующая измеряемую величину - давление - в другую величину - перемещение. Пружина связана со штоком, в центре которого находится ферритовый сердечник. При сжатии пружины происходит перемещение штока и сердечника трансформатора, что приводит к изменению выходного сигнала ЛДТ [10]. На конце штока закреплена микролинза, с помощью которой происходит одновременно компрессия сосуда и слежение за кровотоком в нем. Структурная схема с обозначением основных узлов вазотонометра представлена на рис.2.
Сигнал с ЛДТ поступает на микросхему-преобразователь (П) АБ698АР7 [11], которая работает с 4-проводным интерфейсом и использует метод синхронной демодуляции. Каждый из двух ее каналов А и В состоит из устройства выделения абсолютной величины и фильтра. Далее значение выходного сигнала канала А делится на значение выходного сигнала канала
В, для того, чтобы конечный выходной сигнал был относительным и не зависел от амплитуды сигнала возбуждения.
Пропущенный через фильтр нижних частот (ФНЧ) сигнал подается на усилитель У, а затем - на 24-битный аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и обрабатывается микроконтроллером (МК). В микроконтроллере происходит пересчет полученного значения напряжения в давление в соответствии с калибровочной характеристикой, а значение давления отображается на жидкокристаллическом индикаторе (ЖК) и через преобразователь иАКТ-иББ передается на персональный компьютер (ПК), где отображается процесс измерения давления в виде графика в режиме реального времени. Управление прибором осуществляется с помощью клавиатуры (КВ). Питается прибор от сети переменного напряжения 220В через понижающий стабилизированный блок питания БП.
Измерение давления в ПЦС глаза при помощи вазотонометра данной модификации осуществляется по методике, описанной в литературе [2]. Пациенту выполняется местная инстилляционная анестезия. Под биомикроскопическим контролем врач, удерживая в руке датчик, производит компрессию выбранной передней цилиарной артерии нажимом микролинзы (рис.3а,б,в). При увеличении давления и достижении обескровливающей компрессии в сосуде прерывается ток крови. Затем давление на пружину постепенно уменьшается, и в момент появления в сосуде первой порции крови врач фиксирует это значение нажатием на ножную педаль прибора. Таким образом определяется систолическое давление в передней цилиарной артерии. Диастолическое давление фиксируется в момент прекращения пульсации стенки артерии при постепенном уменьшении давления на сосуд.
Значения давления крови в ПЦА определялись нами как в одной серии измерения (15 значений для одного случая), так и для группы. Основная группа была составлена из 16 здоровых лиц (16 глаз) в возрасте 41-50 лет без признаков офтальмопатологии, которым давление в ПЦА определялось при помощи модифицированного нами вазотонометра. В качестве группы
сравнения выступили те же 16 человек (16 глаз), которым давление в ПЦА измерялось при помощи вазотонометра-прототипа через 2 часа после первого исследования.
Статистическая обработка полученных результатов проводилась при помощи стандартного пакета программ Microsoft Office 2007 (EXCEL) и BIOSTAT. Рассчитывались следующие статические показатели для значений давления крови в ПЦА: M - среднее значение, 8* - среднеквадратическое отклонение, m - ошибка, Max - максимальное значение ряда, Min -минимальное значение ряда, C - коэффициент вариабельности.
Результаты и обсуждение
В разработанной модификации вазотонометра нам удалось повысить точность измерения давления крови в ПЦС за счет изменения калибровки прибора. Калибровка прибора-прототипа [7] осуществлялась косвенным методом с помощью эталонного набора грузиков от 0 до 3,5 г. Калибровочная характеристика, которая была получена этим методом, представлена на рис. 4. Погрешность такого метода составила 1-3% от измеряемого диапазона давления.
Для калибровки новой модификации вазотонометра была разработана и изготовлена специальная установка, представляющая собой водяной манометр. В этом случае процесс калибровки основан на методе сравнения измеряемой величины и величины, воспроизводимой мерой - водяным манометром [7]. Использованный метод позволяет с высокой точностью задавать давление в эквиваленте сосуда. Таким образом, цифровой вазотонометр для измерения давления крови в ПЦС глаза, а также установка для его калибровки, позволяют производить измерение давления крови прямым методом путем сравнения с известным давлением, создаваемым столбом жидкости, что соответствует ГОСТ 8.271-77 [12].
С целью проверки достоверности показаний нового прибора после его калибровки была произведена серия из 10 измерений давления в диапазоне от 0 до 110 мм рт. ст. По полученным данным была построена зависимость
давления, измеренного вазотонометром, от давления, установленного на жидкостном манометре (рис.5). Результаты проведенного тестирования свидетельствовали о том, что погрешность калибровки не превышала 1% по всему рабочему диапазону прибора. Модифицированный вазотонометр, в отличие от прибора-прототипа, обладает, наряду с высокой точностью измерения (погрешность прибора ±1 мм рт. ст.), широким динамическим диапазоном измеряемого давления (от 0 до 120 мм рт. ст.). Увеличение диапазона без потери чувствительности на отрезке малых значений давления позволило измерять давление также и в передних цилиарных венах, что весьма актуально при оценке состояния кровообращения ПСГ при глаукоме. Процесс вазотонометрии у различных пациентов показал хорошую повторяемость результатов измерения давления в ПЦС - как в артериях, так и в венах.
Клинические исследования, проведенные у здоровых лиц без офтальмопатологии, показали высокие точностные характеристики модифицированного нами вазотонометра как в серии измерения на одном глазу, так и для групповых показателей (табл.1). Средняя ошибка т была достоверно ниже для значений, полученных при помощи
модифицированного вазотонометра (р<0,03). Коэффициент вариабельности С был также ниже как для индивидуальных, так и групповых значений, зарегистрированных с помощью предлагаемого нами вазотонометра, что свидетельствует о высокой точности воспроизведения и повторяемости данных исследования.
Кроме высоких точностных характеристик прибор имеет ряд пользовательских преимуществ. Процесс измерения давления можно наблюдать как на ЖК-индикаторе, так и на мониторе персонального компьютера. С помощью специального программного обеспечения
реализована возможность наблюдения полной картины процесса
вазотонометрии. Интерфейс программного обеспечения удобен для
пользователя. Имеется встроенная база данных пациентов. Датчик прибора
заключен в легкий эргономичный корпус, который не ограничивает степени свободы руки исследователя. Вазотонометр прост в управлении, портативен и может быть расположен на любой модификации щелевой лампы.
VAZOTONOMETR TO MEASURE BLOOD PRESSURE IN THE ANTERIOR
CILIARY VESSELS OF THE EYE
I.A. Gndoyan, V.I. Kvochkin Volgograd state medical university, department for ophthalmology Volgograd state university, department for radiophysics
Abstract. The vazotonometr was designed for measuring the blood pessure in the anterior ciliary vessels (arteries and veins) of the eye, meeting the requirements of the recent diagnostic equipment. The advantages of the proposed modifications of vazotonometr are: wide range of measured values of pressure (from 0 to 120 mm Hg) and high accuracy (error of ± 1 mm Hg). The device is dial-up with the PC. There is a convenient user interface and built-in patient database.
Key words: front ciliary vessels of the eye, vazotometriya, blood pressure.
Литература
1. Бриндли К. Измерительные преобразователи: справочное пособие / Пер. с англ. - М.: Электроатомиздат. - 1991. - 144 с.
2. Бунин А.Я. Гемодинамика глаза и методы ее исследования. - М.: Медицина, 1971. -196с.
3. Гндоян И. А. Вазотонометрия в эписклеральных сосудах - клинический метод исследования кровообращения переднего сегмента глаза // Г лаукома. -2006. - № 1. - С. 58-63.
4. Гндоян И.А., Петраевский А.В., Карадже М. Немедикаментозные методы воздействия на гемодинамику и аккомодационный аппарат глаза у
пациентов с миопией // Вестн. Волгогр. гос.мед.университета. - 2009. - №4 (32). - С.93-95.
5. Датчики положения и перемещения: http: //www.autex.spb.ru/cgi-bin/download.cgi?sensor99_6_rus.
6. Основы метрологии и электрические измерения: учебник для вузов / Под ред. Е. М. Душина. - Л.: Энергоатомиздат, Ленингр. отделение, 1987. - 480 с.
7. Пат. 2345700 Российская Федерация, МПК A61B3/16.
Автоматизированный компьютерный вазотонометр для измерения давления крови в передних цилиарных сосудах глаза / И. А. Гндоян, А.В. Никитин, Л.Г. Овчинников, Т.Н. Шинкаренко; заявитель и патентообладатель ГБОУ ВПО «Волгоградский государственный медицинский университет». - №
2007108624/14; опубл. 10.02.2009. - Изобретения и полезные модели. - Бюл. №4. - 3 с.
8. Петраевский А.В., Гндоян И.А. Перфузионное давление в переднем сегменте глаза как критерий эффективности лазерного хирургического лечения больных первичной открытоугольной глаукомой // Матер. I-й науч.-практ. конф. офтальмологов Южного Федер. округа «Актуальные вопросы офтальмологии». - Ростов-на-Дону, 2005. - С.93-96.
9. Петраевский А.В., Гндоян И.А., Куштарева Л.Б. Прогнозирование операционных осложнений на основе оценки локальных нейроциркуляторных и трофических изменений в переднем сегменте глаза при псевдоэксфолиативном синдроме (сообщение второе) //
Офтальмохирургия. - 2009. -№ 1. - С.9-13.
10. Проектирование датчиков для измерения механических величин / Под ред. Е.П. Осадчего. - М.: Машиностроение, 1979. - 480с.
11. Техническое описание микросхемы AD698APZ: \http://www.analog.com/static/imported-files/data_sheets/AD698.pdf.
12. Средства измерений давления. Термины и определения / ГОСТ. 8.27177. -Взамен ГОСТ 15115-69 (Введ.01.01.79). Группа П00. - М.: Изд-во стандартов, 1978. - 8 с.
