FDT-ПЕРИМЕТР С ТОПОГРАФИЕЙ ДИАГНОСТИЧЕСКИХ СТИМУЛОВ НА ОСНОВЕ РАДИАЛЬНОЙ ПОЛЯРНОЙ СИСТЕМЫ КООРДИНАТ Российский патент 2024 года по МПК A61B3/24 A61B3/113 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области медицины (в частности, но не только - офтальмологии), а также для определения профессиональной пригодности, в частности, но не только - спорт, управление транспортными средствами и сложными системами и т.д. и предназначено для проведения исследования дифференциальной световой чувствительности сетчатки в различных зонах поля зрения, методом FDT-периметрии (Frequency Doubling Technology Perimetry).

Уровень техники

Способность глаза различать свет и фиксировать объекты различной яркости при определенной фоновой освещенности называется дифференциальной световой чувствительностью. Одним из наиболее распространенных методов исследования дифференциальной световой чувствительности сетчатки глаза в различных точках в пределах поля зрения является периметрия. Результаты, полученные при проведении периметрии, имеют большое значение при диагностировании различных заболеваний, в частности глаукомы. Известно, что при глаукоме, ранние изменения чаще возникают в центральной зоне поля зрения [Еричев В.П., Антонов А.А., Витков А.А., Григорян Л.А. Статическая периметрия в диагностике глаукомы. Часть 1. Базовые принципы. Вестник офтальмологии. 2021;137(5):281-288. https://doi.org/10.17116/oftalma2021137052281]. Это обусловлено неравномерным распределением ганглиозных клеток в сетчатке. Центральная зона содержит примерно 66% ганглиозных клеток и на нее приходится 83% всей информации, поступающей в зрительную зону головного мозга.

FDT-периметрия (Frequency Doubling Technology Perimetry) является методом нестандартной периметрии, в котором для оценки функции поля зрения используют специфический стимул в виде вертикальных и горизонтальных чередующихся темных и светлых полос с заданной пространственной частотой, яркость которых плавно изменяется по оси по синусоидальному закону и фаза которых изменяется на противоположную с заданной временной частотой. В отличие от стимулов других методов периметрии, стимул FDT-периметрии основан на зрительной иллюзии удвоения низкой пространственной частоты, которая возникает у человека в норме, но нарушается в самом начале развития определенной патологии органа зрения, что позволяет в силу более высокой чувствительности метода раньше обнаруживать дефекты в центральном поле зрения.

Понятие топографии стимулов в тестах FDT-периметрии относится к распределению и характеристикам стимулов, используемых при этом методе исследования поля зрения.

Из уровня техники известен FDT-периметр (Frequency Doubling Technology Perimeter) «Humphrey FDT Model 710» [https://www.digitaleyecenter.com/wp-content/uploads/2015/11/fdt-710-user-manual.pdf]. Устройство представляет собой стационарный программно-аппаратный комплекс, предназначенный для исследования дифференциальной световой чувствительности глаза методом FTD-периметрии. Визуализация стимулов происходит на экране, расположенном в стационарном корпусе устройства. Также из уровня техники известны решения, в которых визуализация стимулов происходит на экране, расположенном в носимом на голове корпусе устройства, например, FDT-периметр (Frequency Doubling Technology Perimeter) PALMSCAN VF2000 NEO компании MicroMedicalDevices [https://micromedinc.com/vf2000-neo/] или FDT (Frequency Doubling Technology) периметр MVP FDT, разработанный в Bascom Palmer Eye Institute [https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/31530566/].

Недостаток данных и аналогичных устройств заключается в неравномерном исследовании дифференциальной световой чувствительности сетчатки в различных зонах поля зрения. Этот недостаток возникает вследствие того, что тестируемые ганглиозные клетки располагаются на сетчатке неравномерно. Плотность этих клеток значительно увеличивается по направлению к центру. Кроме того, их плотность в назальной области больше, чем в темпоральной. В то же время площадь одновременно тестируемых зон, из-за одной и той же площади стимулов, всегда одинаковая. Таким образом, в каждом исследуемом сегменте (квадрате) располагается разное количество тестируемых ганглиозных клеток, что может привести к понижению параметра «чувствительность» исследования при скрининге и недостаточно высокой точности определения дифференциальной световой чувствительности сетчатки при пороговом исследовании. Многочисленные публикации показывают, что при проведении исследования дифференциальной световой чувствительности сетчатки методом стандартной (белый стимул на белом фоне) периметрии удается зафиксировать нарушения только при гибели не менее, чем определенного процента (25-35%) ганглиозных клеток сетчатки. FDT- периметрия в силу более высокой чувствительности стимула намного раньше выявляет гибель ганглиозных клеток сетчатки, но ее стимулу присущ недостаток, описанный выше. Таким образом, при гибели некоторого количества клеток, этот процент может быть достигнут и обнаружен в периферийной (или темпоральной) областях, где плотность расположения клеток ниже, а, следовательно, процент погибших клеток, выше при равном их количестве и не достигнут, а следовательно, и не обнаружен ближе к центру сетчатки (или в назальной области), где плотность расположения ганглиозных клеток выше, а, следовательно, процент погибших клеток, ниже при равном их количестве.

Во всех существующих на данный момент FDT-периметрах топография тестов базируется на Декартовой (ортогональной) системе координат. Диагностические стимулы имеют форму квадратов одинакового размера. Дополнительно, опционно, имеется центральный стимул в виде круга. Все стимулы кроме центрального имеют одинаковый размер. Чаще всего 10х10 угловых градусов (16 стимулов, 4х4) или 5х5 угловых градусов (64 стимулов, 8х8) и располагаются вплотную друг к другу. Таким образом, исследуемое центральное поле зрения имеет форму квадрата размером 40х40 угловых градусов с центром в середине, совпадающим с центром макулы сетчатки глаза. Принцип построения топографии исследования заключается в том, что каждый стимул позволяет исследовать идентичный по размеру и форме сегмент сетчатки в виде квадрата размером 10×10 угловых градусов или 5×5 угловых градусов. Но при этом каждый стимул имеет разное и разнонаправленное удаление от центра сетчатки.

Раскрытие сущности изобретения

Технической задачей является создание устройства FDT-периметра с оригинальной топографической моделью стимулов на основе радиальной (полярной) системы координат, выполненной таким образом, что каждый стимул позволяет исследовать область сетчатки, содержащую приблизительно одинаковое количество исследуемых ганглиозных клеток, что позволяет с одинаковой вероятностью обнаружить нарушения дифференциальной световой чувствительности сетчатки в каждом исследуемом сегменте при гибели практически одинакового количества ганглиозных клеток, что в свою очередь повышает достоверность исследования дифференциальной световой чувствительности сетчатки методом FDT-периметрии.

Технический результат заключается в повышении достоверности исследования дифференциальной световой чувствительности сетчатки глаза методом FDT-периметрии (Frequency Doubling Technology Perimetry), повышении точности обнаружения дефектов в центральном поле зрения, возникающих вследствие депрессии светочувствительности сетчатки.

Технический результат достигается за счет того, что FDT-периметр с топографической моделью стимулов на основе радиальной (полярной) системы координат содержит связанные между собой блок генерации стимулов и формирования процедуры теста, блок визуализации стимулов и блок обратной связи, причем блок генерации стимулов и формирования процедуры теста выполнен с возможностью генерации диагностических стимулов и формирования топографической модели диагностических стимулов, основанной на радиальной (полярной) системе координат, при этом диагностические стимулы выполнены в виде криволинейных трапеций, и одного круглого центрального диагностического стимула, причем диагностические стимулы, выполненные в виде криволинейных трапеций, заполнены чередующимися темными и светлыми полосами, представляющими собой дуги концентрических окружностей с центром в середине используемой радиальной (полярной) системы координат.

Кроме того, полосы стимулов выполнены с возможностью плавного изменения яркости по синусоидальному закону по направлению векторов, имеющих начало в центре системы координат и проходящих через середину стимулов.

Кроме того, полосы стимулов выполнены с возможностью смены фазы чередования полос на противоположную с требуемой временной частотой.

Кроме того, площадь стимулов, имеющих форму криволинейных трапеций, выполнена увеличивающейся по мере их удаления от центра сетчатки.

Кроме того, площадь стимулов, имеющих форму криволинейных трапеций, может быть выполнена уменьшающейся в назальной области.

Кроме того, могут быть введены дополнительные стимулы в назальной области.

Кроме того, количество полос в стимулах, имеющих форму криволинейных трапеций, выполнено одинаковым.

Кроме того, FDT-периметр дополнительно содержит блок контроля за выполнением исследования, который может быть выполнен как в едином блоке с блоком генерации стимулов и формирования процедуры теста, так и отдельно.

Кроме того, FDT-периметр дополнительно содержит блок анализа полученных результатов и формирования вероятности диагноза, выполнен как в едином блоке с блоком генерации стимулов и формирования процедуры теста или с блоком контроля за выполнением исследования, так и отдельно.

Кроме того, блок обратной связи выполнен в виде кнопки, обеспечивающей реакцию испытуемого типа «да/нет», или в виде джойстика, контролирующего реакцию в виде перемещения в пространстве, или в виде нейроинтерфейса, контролирующего изменение сигналов в каналах зрительных анализаторов, или в виде устройства, анализирующего зрительные реакции.

Кроме того, блоки соединены между собой посредством проводной связи и/или посредством использования беспроводной технологии передачи информации.

Кроме того, беспроводная технология передачи информации реализована посредством, но не ограничиваясь, Wi-Fi, Bluetooth, IoT.

Кроме того, FDT-периметр выполнен как стационарное устройство, так и с возможностью размещения на голове, в виде шлема виртуальной реальности или очков дополненной или смешанной реальности.

Краткое описание чертежей

Детали, признаки, а также преимущества настоящего изобретения следуют из нижеследующего описания заявленного технического решения с использованием чертежей, на которых показано:

Фиг. 1 - Блок-схема устройства. Пунктиром обозначены опционные блоки;

Фиг. 2 - Плотность расположения ганглиозных клеток в зависимости от их удаления от центра сетчатки. Данные получены из источника - Christine A. Curcio et al. [Human Photoreceptor Topography].

Фиг.3 - Топография стимулов, основанная на Декартовой (ортогональной) системе координат, на примере периметра «Humphrey FDT Model 710».

Фиг. 4 - Известные из области техники топографии стимулов FDT-периметрии на основе Декартовой (прямоугольной) системы координат. Размеры квадратов составляют 10х10 или 5х5 угловых градусов. Показаны дополнительные квадраты в назальной области.

Фиг. 5 - Кривая изменения плотности расположения клеток, используемая при расчетах площади стимулов в виде криволинейных трапеций. Данные для построения кривой получены из Таблицы 1 источника - Sjöstrand, J., Olsson, V., Popovic, Z., & Conradi, N. (1999). Quantitative estimations of foveal and extra-foveal retinal circuitry in humans. Vision Research, 39(18), 2987-2998. doi:10.1016/s0042-6989(99)00030-9. На диаграмме указан используемый при расчетах полином линии тренда четвертой степени y=f(x) и величина его достоверности R.

Фиг. 6 - Количество ганглиозных клеток в каждом квадрате (стимуле) в зависимости от его расположения относительно центра (макулы) сетчатки при топографии стимулов FDT-периметрии на основе Декартовой (прямоугольной) системы координат. Размеры квадратов составляют 10×10 угловых градусов. Подобное неравномерное распределение ганглиозных клеток может привести к понижению параметра «чувствительность» исследования при скрининге и недостаточно высокой точности определения потери дифференциальной световой чувствительности сетчатки при пороговом исследовании.

Фиг. 7 - Количество ганглиозных клеток в каждом квадрате (стимуле) в зависимости от его расположения относительно центра сетчатки при топографии стимулов FDT-периметрии на основе Декартовой (прямоугольной) системы координат с центральным стимулом круглой формы. Размеры квадратов составляют 10х10 угловых градусов, диаметр центрального стимула - 8 градусов. Неравномерность распределения ганглиозных клеток внутри решетки меньше, чем в предыдущем случае, но не на много, проблема не решается.

Фиг. 8 - Количество ганглиозных клеток в каждом секторе (стимуле) в зависимости от его расположения относительно центра сетчатки при топографии стимулов FDT-периметрии на основе предлагаемой радиальной решетки (системы координат) без коррекции назальных областей. Видно, что во всех секторах (стимулах) количество ганглиозных клеток одинаковое за исключением назальных областей.

Фиг. 9 - Количество ганглиозных клеток в каждом секторе (стимуле) в зависимости от его расположения относительно центра сетчатки при топографии стимулов FDT-периметрии на основе радиальной решетки (системы координат) с коррекцией назальных областей. Видно, что во всех секторах (стимулах) включая назальные области количество ганглиозных клеток одинаковое. Показаны два дополнительных стимула для исследования назальных областей.

Фиг. 10 - Пример структуры радиального стимула. Стимулы в виде криволинейных трапеций заполняются чередующимися темными и светлыми полосами, представляющими собой фрагменты дуг концентрических окружностей с центром в середине используемой системы угловых координат. Яркость полос плавно меняется по синусоидальному закону по направлению векторов, имеющих начало в центре системы координат и проходящих через середину стимулов (синусоидальное изменение яркости на рисунке не показано) с возможностью смены фазы на противоположную с требуемой временной частотой. Таким образом устраняется проблема многообразия восприятия стимулов, все стимулы единообразны для восприятия.

На фигурах цифрами обозначены следующие позиции:

Поз. 1 - блок генерации стимулов и формирования алгоритма теста;

Поз. 2 - блок визуализации стимулов;

Поз. 3 - блок обратной связи;

Поз. 4 - блок контроля за выполнением исследования;

Поз. 5 - блок анализа полученных результатов и формирования вероятности диагноза;

Поз. 6 - плотность ганглиозных клеток в назальной (nasal) и темпоральной (temporal) областях на расстоянии менее 1 мм;

Поз.7 - плотность ганглиозных клеток в назальной (nasal) и темпоральной (temporal) областях на расстоянии менее 20 мм (из графика видно, что плотность в назальной области выше);

Поз.8 - плотность ганглиозных клеток в верхней (superior) и нижней (interior) областях на расстоянии менее 1 мм;

Поз.9 - плотность ганглиозных клеток в верхней (superior) и нижней (interior) областях на расстоянии менее 20 мм;

Поз.10 - сетка стимулов из 16 ячеек (4х4) размером 10х10 угловых градусов на экране прибора. Черным закрашена ячейка с активным стимулом;

Поз.11 - сетка стимулов из 16 ячеек (4х4) размером 10х10 угловых градусов в отчете результатов тестирования;

Поз.12 - визуализация некоторых стимулов на приведенной выше сетке;

Поз.13 - сегмент для стимула с сеткой из 16 ячеек (4х4) размером 10х10 угловых градусов;

Поз.14 - сегмент для стимула с сеткой из 64 ячеек (8х8) размером 5х5 угловых градусов;

Поз.15 - дополнительные стимулы в назальной зоне;

Поз.16 - стимулы, расположенные в назальной зоне, с повышенной на 42% плотностью расположения ганглиозных клеток;

Поз.17 - дополнительный стимулы круглой формы в центральной зоне;

Поз.18 - стимулы, расположенные в назальной зоне, площадь которых скорректирована уменьшением высоты криволинейных трапеций по направлению радиусов-векторов таким образом, чтобы выровнять количество расположенных в них ганглиозных клеток;

Поз.19 - стимулы в виде криволинейных трапеций заполняются чередующимися темными и светлыми полосами, представляющими собой дуги концентрических окружностей с центром в середине используемой системы угловых координат. Яркость полос плавно меняется по синусоидальному закону по направлению векторов, имеющих начало в центре системы координат и проходящих через середину стимулов (синусоидальность смены яркости на рисунке не показана);

Поз.20 - пространственная частота стимулов, при удалении их расположения от центра сетчатки, понижается таким образом, чтобы в поле стимула сохранилось одинаковое количество темных и светлых полос.

Осуществление изобретения

Заявленное устройство предназначено для проведения FDT-периметрии с топографией диагностических стимулов на основе радиальной (полярной) системы координат. Независимо от особенностей конструкции (стационарная или мобильная), устройство представляет собой программно-аппаратный комплекс, способный проводить полный комплект действий, необходимых для определения дифференциальной световой чувствительности сетчатки и обнаруживать дефекты в центральном поле зрения, возникающие вследствие депрессии светочувствительности сетчатки. Или, другими словами, программно-аппаратный комплекс, способный проводить полный комплект действий, подходящих под определение «FDT-периметрия». Кроме того, при необходимости (но не обязательно), по результатам проведенных исследований, устройство способно определить на основе заложенных алгоритмов или специально обученной системы машинного обучения (ML) или искусственного интеллекта (AI), вероятность наличия того или иного заболевания и/или его стадии.

Устройство состоит из блока генерации стимулов и формирования процедуры теста, блока визуализации стимулов и блока обратной связи. Дополнительно могут присутствовать блок контроля за выполнением исследования и блок анализа полученных результатов и формирования вероятности диагноза.

Как было указано ранее, в отличие от известных решений, заявленное устройство способно генерировать стимулы для проведения FDT-периметрии, используя топографическую модель стимулов, основанную на радиальной (полярной) системе координат. В данном случае стимулы имеют форму криволинейных трапеций, площадь которых увеличивается по мере удаления от центра сетчатки. При этом, площадь указанных стимулов может быть выполнена уменьшающейся в назальной области. В назальной области могут быть введены дополнительные стимулы. Кроме того, для новой топографии предлагается новая, оригинальная структура самих стимулов.

Топография стимулов в FDT-периметрии включает следующие характеристики:

1. Пространственная частота: частота распределения вертикальных или горизонтальных чередующихся темных и светлых полос (решетки), яркость которых плавно изменяется по оси по синусоидальному закону, шаг которых обычно составляет 0,25 - 0,5 градуса.

2. Временная частота: стимулы FDT-периметрии состоят из постоянно сменяющихся противофазных решеток и имеют специфическую частоту обновления, которая обычно составляет более 25-30 Гц.

3. Размер и форма: Стимулы FDT-периметрии на данном уровне развития техники обычно представляют собой квадраты, которые могут быть различного размера, чаще всего - 10х10 угловых градусов или 5х5 угловых градусов. Размер стимулов может варьироваться в зависимости от исследуемой области зрительного поля.

4. Яркость (контрастность): Стимулы FDT-периметрии имеют разную яркость (контрастность), что позволяет оценить чувствительность зрительного поля в разных областях. Яркость (контрастность) стимулов может быть настроена в соответствии с потребностями исследования.

5. Расположение: Стимулы FDT-периметрии располагаются на специальной сетке или матрице, которая позволяет исследовать требуемую область центрального поля зрения. Расположение стимулов может быть адаптировано в соответствии с конкретными потребностями исследования. Стимулы FDT-периметрии на данном уровне развития техники обычно располагаются в ячейках прямоугольной сетки с одинаковыми размерами ячеек.

Сущность предлагаемого решения для топографии стимулов FDT-периметрии касается, в том числе, таких параметров, как размер, форма и расположение и основывается на результатах двух известных типов исследований:

1. Исследуемые ганглиозные клетки располагаются на сетчатке глаза неравномерно. Плотность этих клеток значительно увеличивается по направлению к центру. Кроме того, их плотность в назальной области больше, чем в темпоральной (Фиг.2);

2. При проведении исследования дифференциальной световой чувствительности сетчатки методом периметрии удается зафиксировать нарушения в центральном поле зрения только при гибели не менее, чем определенного процента (или доли) исследуемых клеток. Другими словами, имеет значение не количество погибших клеток, а их процент (или доля) относительно исследуемых в данный момент с помощью одного стимула.

Кроме того, для новой топографии предлагается новая, оригинальная структура самих стимулов в виде фрагментов дуг концентрических окружностей с возможностью смены фазы на противоположную с требуемой временной частотой.

Рассмотрим более подробно.

Первый тип исследований - подсчет количества ганглиозных клеток в разных областях сетчатки. В 1990 году Christine A. Curcio et al. публикуют статью [Human Photoreceptor Topography], а в1999 Johan Sjostrand et al. публикуют статью [Quantitative estimations of foveal and extra-foveal retinal circuitry in humans] в которых приводят цифры и наглядные графики, показывающие увеличение плотности ганглиозных клеток по мере приближения к центру сетчатки. По публикуемым данным на удалении 2 градуса от центра сетчатки плотность ганглиозных клеток в 16 раз больше, чем на удалении 20 градусов). Также показано, что в назальной области плотность ганглиозных клеток на 42% выше, чем в темпоральной. Аналогичные результаты опубликованы по результатам ряда других исследований [Curcio CA, Allen KA. Topography of ganglion cells in human retina. The Journal of Comparative Neurology. 1990;300(1):5-25. https://doi.org/10.1002/cne.903000103].

Второй тип исследований дает понимание того, что при проведении исследования дифференциальной световой чувствительности сетчатки методом периметрии удается зафиксировать нарушения только при гибели не менее, чем определенного процента исследуемых клеток. Принято считать, что периметрические исследования белым стимулом на белом фоне позволяют зафиксировать нарушения при гибели более чем 25-35% ганглиозных клеток сетчатки. Другими словами, имеет значение не количество погибших клеток, а их процент (или доля) относительно исследуемых в данном месте с помощью одного стимула. Таким образом, при гибели некоторого количества клеток, этот процент (доля) может быть достигнут и обнаружен в периферической (или темпоральной) области, где плотность расположения ганглиозных клеток меньше, и не достигнут, а следовательно, и не обнаружен ближе к центру сетчатки (или в назальной области), где плотность расположения ганглиозных клеток выше, а, следовательно, процент погибших клеток, ниже при равном их количестве.

Совместное влияние этих двух фактов приводит к важному недостатку традиционной топографии стимулов FDT-периметрии - неравномерному исследованию дифференциальной световой чувствительности сетчатки в различных зонах поля зрения.

Традиционная топография FDT-периметрии предполагает использование топографической модели стимулов, основанной на Декартовой (ортогональной) системе координат. Исследуемая область разбивается на квадраты равного размера. Чаще всего размеры квадратов составляют 10×10 или 5×5 угловых градусов. Стимулы демонстрируются по той же топографической сетке и имеют форму и размеры, равные форме и размерам квадратов. Соответственно размеры стимулов также 10×10 или 5×5 угловых градусов. Количество стимулов в тесте зависит от того, какого они размера. При размере стимулов 10×10 угловых градусов обычно бывает 16 стимулов (сетка 4×4 квадрата). При размере стимулов 5×5 угловых градусов обычно бывает 64 стимула (сетка 8×8 квадратов).

Поскольку при использовании топографической модели стимулов, основанной на Декартовой (ортогональной) системе координат все квадраты (стимулы) одного теста имеют одинаковую площадь (100 или 25 кв. угл. град. в зависимости от размера стимула), в каждом квадрате (стимуле) располагается разное количество исследуемых клеток, в зависимости от его расположения относительно центра сетчатки, что, как говорилось выше, может привести к понижению параметра «чувствительность» исследования при скрининге и недостаточно высокой точности определения потери дифференциальной световой чувствительности сетчатки при пороговом исследовании. Так при тесте 4х4 клетки размером 10х10 угловых градусов в каждом из четырех центральных квадратов (стимулов) помещается ориентировочно по 141000 клеток, в верхних, нижних и темпоральных квадратах - 31000 клеток, в угловых квадратах - 29000 клеток, а в назальных квадратах - по 46000 клеток (Фиг. - 6 и 7). Соответственно периметрический тест, способный зафиксировать гибель более 25-35% клеток, даст результат при гибели более 35000-49500 клеток в центральных квадратах; при гибели более 8000-11000 клеток в верхних, нижних и темпоральных квадратах; при гибели более 7000-10000 клеток в угловых квадратах; при гибели более 11500-16000 клеток в назальных квадратах.

Приведенный пример наглядно демонстрирует основной недостаток традиционной топографии стимулов FDT-периметрии, основанной на Декартовой (ортогональной) системе координат - неравномерное исследование дифференциальной световой чувствительности сетчатки в различных зонах центрального поля зрения.

Для устранения этого недостатка предлагается для построения топографии стимулов FDT-периметрии использовать вместо Декартовой (ортогональной), радиальную (полярную) систему координат. Базовые линии такой системы состоят их радиусов-векторов, имеющих начало в центре сетчатки и концентрических окружностей с общим центром также в центре сетчатки. Области, образующиеся в результате пересечения этих базовых линий, представляют собой криволинейные трапеции, площадь которых возрастает по мере удаления от центра. Соответственно, можно подобрать такие параметры базовых линий (радиусов и окружностей), чтобы по мере удаления от центра сетчатки увеличение площади секторов компенсировало уменьшение плотности расположения исследуемых (в данном случае ганглиозных) клеток. При полной компенсации, количество исследуемых клеток в каждом секторе (стимуле) будет одинаковым (Фиг. 8). Это в свою очередь сделает исследование дифференциальной световой чувствительности сетчатки в различных зонах поля зрения равномерным и устранит указанный выше недостаток, присущий традиционной топографии. Исключение составит центральный сектор круглой формы. Это связано с тем, что плотность расположения ганглиозных клеток в центре столь высока, что для ее компенсации потребуется стимул настолько малого размера, что при исследовании возникнут значительные погрешности, связанные с непроизвольным движением глаза. Пример такой сетки, основанной на радиальной (полярной) системе координат показан на Фиг. 8. Видно, что вследствие увеличения площади сегментов при удалении от центра сетчатки количество ганглиозных клеток, располагающихся в каждом секторе, одинаково. Исключение составляют сегменты, расположенные в назальной области (Поз. 16), в которых располагается большее количество этих клеток.

Для компенсации более плотного расположения ганглиозных клеток в назальной области, можно использовать два метода:

1. радиусы-вектора располагаются неравномерно по окружности, то есть более плотно в назальной области;

2. в назальной области уменьшается высота криволинейных трапеций по направлению радиусов-векторов (Фиг. 9).

На Фиг. 9 показан второй вариант. Подобная методика позволяет создавать множество топографий стимулов для FDT-периметрии в зависимости от поставленных исследователями задач.

В рамках данного патента показан вариант топографии, состоящей из 17 стимулов (16 радиальных стимула в виде криволинейных трапеций, плюс круглый центральный стимул) (Фиг. 9). Он предназначен для замены традиционной квадратной решетки 4х4 плюс круглый центральный стимул.

Указанная топография, является только примером использования предлагаемой топографическом модели для FDT-периметрии, основанной на радиальной (полярной) системе координат, и не исчерпывает возможности данной модели.

Изменения формы стимулов потребовало также пересмотра их структуры. В традиционной Декартовой системе стимулы имеют форму квадратов и структуру в виде вертикальных или горизонтальных чередующихся темных и светлых полос, яркость которых плавно изменяется по оси по синусоидальному закону (Поз. 12) с возможностью смены фазы на противоположную с требуемой временной частотой. Применение подобной структуры стимулов в предлагаемой «радиальной» топографии приведет к неоднородному их восприятию вследствии того, что большая часть стимулов находится под разными углами к горизонтали и вертикали. По этой причине наполнение стимулов горизонтальными или вертикальными полосами будет восприниматься испытуемыми как разнообразие фигур и может привести к искажению результата исследования.

Для устранения этого эффекта разработана новая оригинальная структура радиальных стимулов (Фиг. 9). Стимулы в виде криволинейных трапеций заполняются чередующимися темными и светлыми полосами с заданной пространственной частотой, представляющими собой фрагменты дуг концентрических окружностей с центром в середине используемой системы угловых координат. Яркость полос плавно меняется по синусоидальному закону по направлению векторов, имеющих начало в центре системы координат и проходящих через середину стимулов с возможностью смены фазы на противоположную с требуемой временной частотой. Таким образом устраняется проблема многообразия восприятия стимулов, все стимулы единообразны для восприятия (Фиг.10, Поз. 19 и Поз. 20).

При реализации подобной системы необходимо учитывать изменение линейных размеров стимулов. По мере удаления от центра длина стимулов по направлению радиусов-векторов увеличивается. Для того, чтобы получать идентичную зрительную иллюзию удвоения пространственной частоты, количество полос в стимулах должно быть одинаковым. По этой причине по мере удаления стимула от центра, пространственная частота решетки должна уменьшаться пропорционально увеличению его длины (Фиг.10, Поз. 20).

Для реализации процедуры генерации стимулов для проведения FDT-периметрии с топографической моделью стимулов, основанной на радиальной (полярной) системе координат, использованы следующие элементы FDT периметра:

• блок генерации стимулов и формирования процедуры теста;

• блок визуализации стимулов;

• блок обратной связи.

Дополнительно могут присутствовать:

• блок контроля за выполнением исследования;

• блок анализа полученных результатов и формирования вероятности диагноза.

Блок генерации стимулов и формирования процедуры теста выполнен с возможностью обеспечения генерации стимулов и формировании алгоритма исследования в соответствии с выбранной стратегией FDT-периметрии, используя топографическую модель стимулов, основанную на радиальной (полярной) системе координат.

Блок визуализации стимулов выполнен с возможностью обеспечения визуализации стимулов, сформированных блоком генерации стимулов и формирования процедуры теста на стационарном мониторе или экране, либо, но не ограничиваясь, на мониторах или экранах носимого на голове устройства.

Устройство, может быть размещено на голове, и может быть выполнено, но не ограничиваясь, в виде шлема виртуальной реальности или очков дополненной или смешанной реальности.

Блок обратной связи выполнен с возможностью обеспечения получения информации о моменте, когда пациент увидел генерируемый стимул. Блок обратной связи может быть выполнен в виде кнопки, обеспечивающей реакцию типа «да/нет», или в виде джойстика, контролирующего реакцию в виде перемещения в пространстве, или в виде нейроинтерфейса, контролирующего изменение сигналов в каналах зрительных анализаторов головного мозга, или в виде устройства, анализирующего зрительные реакции. Блок обратной связи может быть расположен в руках пациента или иной части тела пациента или на голове пациента.

Совместное использование этих блоков обеспечивает возможность проведения FDT-периметрии с топографией диагностических стимулов на основе радиальной (полярной) системы координат.

Блок контроля за выполнением исследования может быть выполнен как в едином блоке с блоком генерации стимулов и формирования процедуры теста, так и отдельно. Использование блока контроля за выполнением исследования, позволяет исследователю контролировать ход исследования и, в случае необходимости, вносить необходимые корректировки.

Блок анализа полученных результатов и формирования вероятности диагноза, может быть выполнен как в едином блоке с блоком генерации стимулов и формирования процедуры теста, или с блоком контроля за выполнением исследования, так и отдельно. Использование блока анализа полученных результатов и формирования вероятности диагноза, позволяет после окончания исследования получить независимое «третье мнение» о вероятности наличии того или иного диагноза или его стадии.

Связь между всеми блоками выполнена посредством проводной связи и/или посредством использования беспроводной технологии передачи информации.

Беспроводная технология передачи информации реализована посредством, но не ограничиваясь, Wi-Fi, Bluetooth, IoT.

В частном случае реализации заявленного технического решения пациент и исследователь могут быть одним и тем же лицом.

На фиг. 1 показана блок-схема устройства, где показан блок генерации стимулов и формирования процедуры теста (Поз.1), блок визуализации стимулов (Поз.2), блок обратной связи (Поз.3), и дополнительные блок контроля за выполнением исследования (Поз. 4) и блок анализа полученных результатов и формирования вероятности диагноза (Поз.5).

На фиг. 2 показана плотность расположения ганглиозных клеток в зависимости от их удаления от центра сетчатки из источника - Christine A. Curcio et al. Human Photoreceptor Topography.

На фиг. 3 показаны сетка и стимулы известного из уровня техники FDT периметра «Humphrey FDT Model 710» [https://www.digitaleyecenter.com/wp-content/uploads/2015/11/fdt-710-user-manual.pdf]. На Фиг. 4 Поз. 13 - сетка стимулов из 16 ячеек (4×4) размером 10х10 угловых градусов на экране данного прибора (черным закрашена ячейка с активным стимулом); Поз.14 - сетка стимулов из 16 ячеек (4×4) размером 10×10 угловых градусов в отчете результатов тестирования; Поз.12 на Фиг. 3 - визуализация некоторых стимулов на приведенной выше сетке.

На фиг. 4 показаны известные из области техники в настоящее время топографии стимулов FDT-периметрии. В известных из уровня техники решениях топография тестов базируется на Декартовой (ортогональной) системе координат. Диагностические стимулы имеют форму квадратов одинакового размера. Дополнительно опционно имеется центральный стимул в виде круга. Все стимулы кроме центрального имеют одинаковый размер обычно 10х10 угловых градусов (16 стимулов, 4х4) (Поз. 13) или 5х5 угловых градусов (64 стимулов, 8х8) (Поз. 14) и располагаются вплотную друг к другу. Таким образом, исследуемое центральное поле зрения имеет форму квадрата размером 40х40 угловых градусов с центром в середине сетчатки глаза. Часто, для более детального исследования назальных областей добавляются дополнительные стимулы в этих областях (Поз. 15).

На фиг. 5 показана кривая изменения плотности расположения ганглиозных клеток, используемая при расчетах площади стимулов в виде криволинейных трапеций. Данные для построения кривой получены из Таблицы 1 источника - Sjöstrand, J., Olsson, V., Popovic, Z., & Conradi, N. (1999). Quantitative estimations of foveal and extra-foveal retinal circuitry in humans. Vision Research, 39(18), 2987-2998. doi:10.1016/s0042-6989(99)00030-9. На диаграмме указан используемый при расчетах полином линии тренда четвертой степени y=f(x) и величина его достоверности R.

Принцип построения известной из уровня техники на настоящий момент топографии исследования, основанной на Декартовой (ортогональной) системе координат, заключается в том, что каждый стимул позволяет исследовать светочувствительность идентичного по размеру и форме сегмента сетчатки в виде квадрата размером 10х10 угловых градусов или 5х5 угловых градусов. Но при этом каждый стимул имеет разное и разнонаправленное удаление от центра сетчатки.

Недостатком данного решения является неравномерное исследование дифференциальной световой чувствительности сетчатки в различных зонах центрального поля зрения. Этот недостаток является следствием того, что исследуемые ганглиозные клетки располагаются на сетчатке неравномерно. Плотность этих клеток значительно увеличивается по направлению к центру. Кроме того, их плотность в назальной области больше, чем в темпоральной. Эта неравномерность проиллюстрирована на Фиг. 2. где наглядно видно изменение плотности расположения ганглиозных клеток при изменении расстояния от центра сетчатки. Поз. 6 - в назальной (nasal) и темпоральной (temporal) областях на расстоянии менее 1 мм; Поз.7 - в назальной (nasal) и темпоральной (temporal) областях на расстоянии менее 20 мм (из графика видно, что их плотность в назальной области выше); Поз.8 - в верхней (superior) и нижней (interior) областях на расстоянии менее 1 мм; Поз.9 - в верхней (superior) и нижней (interior) областях на расстоянии менее 20 мм;

Таким образом очевидно, что в каждом исследуемом сегменте (квадрате) располагается разное количество ганглиозных клеток, что может привести к понижению параметра «чувствительность» исследования при скрининге и недостаточно высокой точности определения дифференциальной световой чувствительности сетчатки при пороговом исследовании. Многочисленные публикации показывают, что при проведении исследования дифференциальной световой чувствительности сетчатки методом периметрии удается зафиксировать нарушения только при гибели не менее, чем определенного процента исследуемых клеток. Таким образом, при гибели некоторого количества ганглиозных клеток, этот процент может быть достигнут и обнаружен в периферической (или темпоральной) областях, где плотность расположения ганглиозных клеток ниже, а, следовательно, процент погибших клеток, выше при равном их количестве и не достигнут, а следовательно, и не обнаружен ближе к центру сетчатки (или в назальной области), где плотность расположения этих клеток выше, а следовательно, процент погибших клеток, ниже при равном их количестве.

Топография стимулов при FDT-периметрии является важным аспектом этого метода исследования, поскольку она позволяет получить информацию о дифференциальной световой чувствительности сетчатки и обнаружить возможные дефекты или изменения в центральном поле зрения, возникающие вследствие депрессии светочувствительности сетчатки.

Вышеописанное заявленное решение FDT-периметра, содержащее указанные блоки, выполненные с возможностью генерирования оригинальной топографической модели стимулов, основанной на радиальной (полярной) системе координат и спланированной таким образом, что каждый стимул позволяет исследовать область сетчатки, содержащую приблизительно одинаковое количество исследуемых клеток, позволяет с одинаковой высокой вероятностью обнаруживать нарушения дифференциальной световой чувствительности сетчатки в каждом исследуемом сегменте при гибели одинакового количества исследуемых клеток, что в свою очередь повышает достоверность исследования дифференциальной световой чувствительности сетчатки методом FDT-периметрии.

Изобретение относится к области медицины, в частности к офтальмологии, а также для определения профессиональной пригодности, в частности спорт, управление транспортными средствами и сложными системами, и предназначено для проведения исследования дифференциальной световой чувствительности сетчатки в различных зонах поля зрения методом FDT-периметрии. Предложено устройство для проведения FDT-периметрии с топографией диагностических стимулов на основе полярной системы координат, которое содержит связанные между собой блок генерации стимулов и формирования процедуры теста, блок визуализации стимулов и блок обратной связи, причем блок генерации стимулов и формирования процедуры теста выполнен с возможностью генерации диагностических стимулов и формирования топографической модели диагностических стимулов, основанной на радиальной (полярной) системе координат, при этом диагностические стимулы выполнены в виде криволинейных трапеций и одного круглого центрального диагностического стимула, причем диагностические стимулы, выполненные в виде криволинейных трапеций, заполнены чередующимися темными и светлыми полосами, представляющими собой дуги концентрических окружностей с центром в середине используемой радиальной (полярной) системы координат. Изобретение обеспечивает повышение достоверности исследования дифференциальной световой чувствительности сетчатки глаза методом FDT-периметрии, повышении точности обнаружения возможных дефектов в центральном поле зрения, возникающих вследствие депрессии светочувствительности сетчатки. 8 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Устройство для проведения FDT-периметрии с топографией диагностических стимулов на основе полярной системы координат, характеризующееся тем, что содержит связанные между собой блок генерации стимулов и формирования процедуры теста, блок визуализации стимулов и блок обратной связи, причем блок генерации стимулов и формирования процедуры теста выполнен с возможностью генерации диагностических стимулов и формирования топографической модели диагностических стимулов, основанной на радиальной полярной системе координат, при этом диагностические стимулы выполнены в виде криволинейных трапеций, и одного круглого центрального диагностического стимула, причем диагностические стимулы, выполненные в виде криволинейных трапеций, заполнены чередующимися темными и светлыми полосами, представляющими собой фрагменты дуг концентрических окружностей с центром в середине используемой радиальной полярной системы координат, при этом полосы стимулов выполнены с возможностью плавного изменения интенсивности по синусоидальному закону по направлению векторов, имеющих начало в центре системы координат и проходящих через середину стимулов, при этом площадь стимулов, имеющих форму криволинейных трапеций, выполнена увеличивающейся по мере их удаления от центра сетчатки и уменьшающейся в назальной области, при этом полосы выполнены с возможностью смены фазы на противоположную с требуемой временной частотой.

2. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что дополнительно выполнены стимулы в назальной области.

3. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что количество полос в стимулах выполнено одинаковым.

4. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что дополнительно содержит блок контроля за выполнением исследования, который выполнен как в едином блоке с блоком генерации стимулов и формирования процедуры теста, так и отдельно.

5. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что дополнительно содержит блок анализа полученных результатов и формирования вероятности диагноза, который выполнен как в едином блоке с блоком генерации стимулов и формирования процедуры теста или с блоком контроля за выполнением исследования, так и отдельно.

6. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что блок обратной связи выполнен в виде кнопки, обеспечивающей реакцию испытуемого типа «да/нет», или в виде джойстика, контролирующего реакцию в виде перемещения в пространстве, или в виде нейроинтерфейса, контролирующего изменение сигналов в каналах зрительных анализаторов, или в виде устройства, анализирующего зрительные реакции.

7. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что блоки соединены между собой посредством проводной связи и/или посредством использования беспроводной технологии передачи информации.

8. Устройство по п. 7, характеризующееся тем, что беспроводная технология передачи информации реализована посредством Wi-Fi, Bluetooth, IoT.

9. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что выполнено как стационарно, так и с возможностью размещения на голове, в виде шлема виртуальной реальности или очков дополненной или смешанной реальности.