Автореферат и диссертация по медицине (14.00.08) на тему:Фотоупругость роговицы в норме и при патологии глаз

;гб од

- 3 ОПТ 139Б

На правах рукописи

ЖУРАВЛЕВ Александр Иванович

ФОТОУПРУГОСТЬ РОГОВИЦЫ В НОРМЕ И ПРИ ПАТОЛОГИИ ГЛАЗ

' 14.00.08 — глазные болезни

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученей степени доктсра медицинских наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 1998

Работа пыпслкояа в Боскго-хсдкахнскай академик.

Научный консультант: заслуженный деятель науки Российской Федерации доктор медицинских наук профессор В. Ф. Даниличев.

Официальные оппоненты: доктор медицинских наук профессор В. Н. Алексеев, доктор медицинских наук профессор А. Н. Добромыслов, доктор медицинских наук профессор С. С. Сапоровский.

Ведущая организация — Научно-исследовательский институт, глазных болезнен Российской Академии .медицинских наук.

Защита состоится 21 октября 1996 года в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 106.03.03 Военно-медицинской академии (194044. Санкт-Петербург, ул. Лебедева, 6).

С диссертацией лшжио ознакомиться в фундаментальной библиотеке Восино-медицинской академии.

Автореферат разослан « 20 > сентября 1996 года.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор медицинских наук профессор

А. С. Киселев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы.

Глаз представляет собой биомеханическую систему, отвечающую общим законам структурно-функционального взаимодействия. В условиях нормальной физиологии система сохраняет сложившееся равновесие сил и механических напряжений, поддерживает свой биомеханический статус. Такое состояние биомеханики глаза в принципе могло бы характеризоваться серией величин по конкретному спектру параметров, отражающему специфику строения и функций органа зрения, однако из-за отсутствия возможностей клинической оценки абсолютных значений каждого параметра эта весьма ценная диагностическая информация пока остается недоступной.

Вместе с тем известно, что целый ряд заболеваний глаз, нередко различных по происхождению, и, конечно же, травмы сопровождаются неизбежным нарушением структурно-функциональных связей. В результате происходят биомеханические сдвиги,и устойчивые для варианта нормы характеристики изменяются. Не вызывает сомнений и другой факт, что чаще манифестные симптомы патологии проявляются уже в поздних стадиях. Им, естественно, будут соответствовать уже существенные биомеханические нарушения, которые изменялись от исходного состояния параллельно с динамикой основного процесса. Поэтому диапазон и значимость выявленных на момент исследования отклонений от нормы могут быть весьма различными: в одних случаях нарушения биомеханики отражают уже состоявшиеся патогномоничные проявления той или иной патологии, в других -представляются наиболее ранними и часто единственными симптомами развивающегося на субклиническом уровне процесса, в третьих - вообще предопределяют тенденцию и характер дальнейших изменений. К примеру, констатируемые грубые биомеханические сдвиги при выраженном экзофтальме имеют лишь непосредственную диагностическую ценность: растущая в глазнице опухоль преодолевает барьер компенсаторных возможностей системы и в конечном итоге приводит

к "поломке" связующих звеньев - глазное яблоко выдавливается наружу. И совсем другое клиническое значение приобретает своевременное выявление опухолевого роста еще на этапе перераспределения механических напряжений в глазу.

Для измерения механических напряжений в технической сфере широко применяется так называемый "метод фотоупругости". Под ним понимают поляризационно-оптические исследования напряжений в прозрачных структурах или на моделях из оптически чувствительных материалов. Метод позволяет изучать прочностные и упругие характеристики в различных инженерных конструкциях, деталях машин, корпусах и дает картину распределения напряжений в исследуемом поле. С его помощью решаются не только статические, но и динамические задачи, будь то растяжения, изгибы или сжатия, например, при деформациях.

Проведенные физиком-оптиком Г. гапс1тап в 1966 году исследования показали, что роговица, выполняющая, как известно, вместе со склерой каркасную функцию, обладает фотоупругими свойствами. Это значит, что ряд характеристик роговицы определяется действующими в ней внутренними натяжениями, а чувствительным маркером имеющихся механических напряжений являются визуализируемые в специальных условиях оптические эффекты поляризованного света. Поэтому исследование фотоупругости роговицы, являющееся адекватным по своей сути и диагностически значимым в изучении биомеханики каркаса глаза, также отвечает аналогичным потребностям офтальмологов. Интегральным результатом изменений в биомеханической системе глаза становится перераспределение напряжений в силовых полях по контуру фиброзной капсулы глазного яблока, в том числе и роговицы, и естественно, таким образом, стремление обнаружить возникающие в ней отклонения.

Известны отдельные исследования, в которых изучению биомеханики глаза отводилась существенная роль, в частности по реф-рактогенезу (Аветисов Э.С., 1986), расчету моделей операций на роговице (Ивашина А.И. с соавт., 1983-1988; Аветисов С.Э. с соавт., 19881993), при разработке основ вакуум-компрессионно-периметрической

пробы (Волков В.В. с соавт., 1980), по механике интраокулярных линз (Федоров С.Н. с соавт., 1986) и др. Однако биомеханические аспекты в этих исследованиях ограничивались, как правило, решением частных и узко специальных научных задач, в основном только в условиях эксперимента.

Следует отметить также, что до настоящего времени без решения остается целый ряд вопросов. Чем вызваны каркасные деформации в глазу, какими факторами определяется специфика распределения напряжений в роговице? Является ли последняя составной частью единого поля напряжений по контуру глазного яблока, всей биомеханической системы в целом? Нет ли возможности иметь интегральный клинический показатель биомеханики глаза в норме (эталон) и создать технологию, позволяющую давать объективную оценку этому показателю, фиксировать и хранить полученную информацию, а при необходимости - сравнивать в динамике? Ограничивается ли применение такой технологии только режимом сравнительного анализа с эталонной нормой или за выявленными отклонениями можно узнать специфику той или иной патологии? Какова чувствительность методики таких исследований?

Таким образом, целое направление весьма ценной диагностической информации по биомеханике глаза в норме и при патологии (на основе фотоупругости роговицы) остается до сих пор мало изученным, а поиск подходов к клинической оценке интегрального биомеханического показателя представляется весьма актуальным.

Цель настоящей работы:

обоснование, разработка способа исследования и клиническое изучение дифференциально-диагностической и прогностической значимости фотоупругости роговицы в норме и при патологии глаз.

Основные задачи исследования.

1. Теоретически обосновать возможность исследования глаза, в эксперименте и при математическом моделировании установить при-

Иьзсь"

роду, механизмы и основные факторы формирования фотоупругости роговицы.

2. Разработать способ и оснащение для визуализации механических напряжений в роговице.

3. Описать эталонную картину роговичной интерференции.

4. Установить изменения и выявить диагностические возможности фотоупругости роговицы при патологии глаз.

5. Определить клиническую значимость фотоупругости роговицы в интраоперационном контроле за биомеханикой глаза.

6.Объективизировать и оптимизировать способ клинической оценки фотоупругости роговицы, разработав на основе иконики автоматизированный диагностический комплекс и принципы программного обеспечения к нему.

7. Подготовить атлас феноменологических моделей роговичной интерференции при патологии глаз.

Научная новизна.

В настоящей работе впервые рассмотрен весь комплекс вопросов по фотоупругости роговицы в интересах клинической оценки биомеханики глаза.

Обоснован выбор поляризационно оптического метода и объекта непосредственного исследования - роговицы - для интегральной оценки механических напряжений по контуру глазного яблока. Изучены закономерности интерференции поляризованного света в роговице, механизмы и факторы, определяющие ее каркасную функцию и напряженно-деформированное состояние, корреляционные связи с биомеханикой глазного яблока. На основе комплексного подхода (эксперимент, математическое моделирование, клинические исследования) показано, что картина интерференции может служить единым интегральным показателем состояния биомеханической системы глаза в целом. По законам иконики дано описание эталонной картины для условной нормы по возрастным группам. На основе сравнения с эталоном предложены феноменологические модели картины интерференции, возникающей при различных видах патологии, выделены

информативные элементы узора из полос изохром и изоклин. Показана корреляционная связь фотоупругости роговицы с другими клиническими параметрами глаза. Сформулированы принципы клинической интерпретации этого объективного показателя и построения диагностических, алгоритмов. Проведена оценка специфичности и чувствительности используемого метода для различных видов патологии, в том числе с дифференциально-диагностической и прогностической целью, а также при выполнении хирургических вмешательств. Предложены принципы автоматизированной обработки изображений, позволяющие компьютеризировать исследование, объективизировать и повысить его чувствительность, а также разработать программное обеспечение к нему.

Практическая ценность результатов работы и их реализация.

Впервые разработан способ и оснащение к нему для определения фотоупругости роговицы в норме и при патологии глаз, что может быть использовано для дифференциальной диагностики и ин-траоперационного контроля в широкой офтальмологической практике. Способ исследования применим как в скрининговом режиме по принципу отличия от эталонной нормы, так и в режиме идентификации по атласу феноменологических моделей.

Применение созданных насадок к операционному микроскопу позволяет в ходе операции контролировать состояние не только биомеханического каркаса самой роговицы, но и всего глазного яблока.

Разработанный опытный экземпляр автоматизированного диагностического комплекса используется в практической работе. Подготовлен пакет документов на его промышленное производство.

Создан диагностический атлас феноменологических моделей, что позволяет практическим офтальмологам давать клиническую интерпретацию наблюдаемой роговичной интерференции.

а*

Основные положения диссертации, выносимые на защиту.

1. Фотоупругость роговицы является проявлением биомеханического статуса глаза и может характеризоваться определенными количественными показателями.

2. Разработанный способ определения фотоупругости роговицы результативен в клинических исследованиях.

3. Установленный эталон картины роговичной интерференции здорового глаза устойчив и может служить основой дифференциальной диагностики.

4. Фотоупругость роговицы имеет характерные изменения при различных видах патологии глаз.

5. Способ интраоперационного наблюдения за фотоупругостью роговицы позволяет контролировать биомеханический статус глаза.

6. Разработанный на основе иконики автоматизированный комплекс повышает диагностические возможности способа.

7. Созданный диагностический атлас содержит основную информацию по фотоупругости роговицы в норме и при патологии глаз.

Апробация работы.

Основные положения диссертации и результаты исследований представлялись на VI симпозиуме Международного общества по метаболическим заболеваниям глаза (Москва, 1984), Республиканской зональной научно-практической конференции (Москва, 1986), научной конференции "Огнестрельная травма органа зрения" (Ленинград, 1989), 9-м международном конгрессе по исследованию глаза 1СЕН (Хельсинки, 1990), IV научно-практической конференции офтальмологов Молдовы (Кишинев, 1990), симпозиуме по обработке изображений в медицине (Калифорния, 1992), научной конференции "Боевые повреждения органа зрения" (Санкт-Петербург, 1993), международной конференции "Фотоупругость: новые технологии и подходы к обработке данных" (Лондон, 1993), на VI съезде офтальмологов России (Москва, 1994), II Европейском конгрессе по биомеханике (Генуя, 1994), научных конференциях "Актуальные вопросы клиники, диагностики и лечения" и "Актуальные проблемы детской офтальмологии" (Санкт-

Петербург, 1995), Европейской научно-исследовательской конференции по офтальмологии и зрению ЛЕБМОУ (Франция, Монпелье, 1995), на заседании Ленинградского научного медицинского общества офтальмологов (1982, 1986, 1989), в монографии В.В. Волкова с соавт. "Глаукома, преглаукома, офтальмогипертензия" (1985), в учебно-методическом пособии 1992 года "Структурно-логические схемы дифференциальной диагностики глаукомы, преглаукомы, офтальмоги-пертензии" (Волков В.В., Журавлев А.И., Сухинина Л.Б.), в лекции для офтальмологов Санкт-Петербурга и области (1994), научной конференции ВУЗов РСФСР "Новое в диагностике и лечении глазных болезней" (Москва, 1983), межвузовских научных конференциях Ленинграда (Санкт-Петербурга) в 1983, 1990, 1991 и 1992 годах, на научных конференциях Военно-медицинской академии (1989, 1990, 1991, 1992, 1994, 1995), в отчетах по НИР (1995).

По теме диссертации опубликовано 16 научных работ, поданы две заявки на предполагаемое изобретение, имеется 11 рационализаторских предложений.

ОБЪЕМ И СТРУКТУРА РАБОТЫ.

Диссертация изложена на 295 страницах машинописи. Состоит из введения, обзора литературы, пяти глав собственных исследований, заключения, выводов, практических рекомендаций, библиографического указателя и приложений. В библиографическом указателе 330 работы, из них 110 иностранных. Работа иллюстрирована 96 рисунками и 10 таблицами.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

Работа носит экспериментально-клинический характер и включает обзор литературы, экспериментальные и клинические исследования, математическое моделирование. Структура работы представлена на рис. 1. ЗзЦОГ

Объем исследований.

Экспериментальная часть работы базируется на 118 опытах как на цельном глазном яблоке, так и на отдельных его структурах. Всего было использовано 16 глаз человека (11 - кадаверных, 5 - энук-леированных по поводу внутриглазных опухолей) и 35 свиных глаз.

Клиническая часть работы основана на результатах обследования органа зрения 1217 человек (2135 глаз). Все клинические наблюдения условно разделены ка три группы.

Первую из них составили 768 человек (1536 глаз), у которых по результатам обследования не оказалось каких-либо заболеваний или отклонений в состоянии глаза, связанных с биомеханическими параметрами. В дальнейшем эту группу считали контрольной, а по материалам исследования был выработан эталон роговичной интерференции. Возрастной диапазон этих пациентов составил 12-76 лет. Все они были распределены по возрастным группам: до 25 лет (450 человек), от 25 до 50 (180 человек) и старше 50 лет (138 человек). В этой группе женщины составили 36%, мужчины - 64%.

Основной массив клинического материала с патологией составили 449 человек (599 глаз) - вторая группа. Структура наблюдений по заболеваниям и травмам глаз представлена в табл. 1. По возрастным группам они распределены следующим образом: до 25 лет (183 человека), от 25 до 50 (88 человек) и старше 50 лет (178 человек). Возрастной диапазон в этой группе соответствует контрольной группе, женщины составили 43%, мужчины - 57%.

Третья группа из 238 наблюдений сформирована на основе оценки динамических изменений картины роговичной интерференции в процессе хирургических операций (табл. 2) и рассматривалась в структуре наблюдений отдельно.

По каждой группе отбирали только те наблюдения, в которых патология определялась преимущественно одним фактором, значимым для биомеханики глаза и фотоупругости роговицы.

-а

а

5

Е з

с; §■

о

Биомеханический статус глаза

Традиционные клинические методики

Возможности и недостатки

Специальные

методы исследования

Фотоупругость роговицы

Иконика в медицине

0>

з

0

2 *

1 о

т

Е

о <о о О

Эксперименты на кадаверных

глазах Математическое моделирование

Создание способа определения фото упругости роговицы

Норма

Разработка поляризационных оптических насадок

Оптимизация и объективизация исследований

Разработка автоматизированного диагностического .комплекса

Клинические исследования

Патология

Заболевания глаз Травмы Интра-опсрационный контроль

Миопическая болезнь Ретробульбар-ные гематомы Равномерность натяжения швов

Глаукома Переломы стенок глазницу Адекватность наложения экстрасклеральных конструкций

Новообразования

Субконъюнк-тивальные разрывы склеры

Кердтокоттус Субатрофия глазного яблока Оптимальность перемещения мышц при косоглазии -

Ранения роговицы

Картина роговичной интерференции

| Эталон"")

Феноменологические модели

Диагностический атлас

Рис.1 Структура работы

Таблица 1.

Структура клинических наблюдений по видам патологии глаза

Число Доля данного

Вид патологии наблюдений (глаз) вида в общем массиве наблюдений, %

Астигматизм степенью 3,0 дптр 33 5,5

и более

Дистрофии роговицы различной 33 5,5

природы

Кератоконус 18 3,0

Рубцы роговицы, в том числе 54 9,0

после рефракционной керато-

томии

Повышение внутриглазного давления (офтальмогипертен-зия и глаукома) 172 28,7

Миопическая болезнь 32 5,3

Субатрофия глазного яблока 12 2,0

Внутриглазные опухоли 28 4,7

Новообразования глазницы 34 5,7

Эндокринные офтальмопатии 76 12,7

Косоглазие 18 3,0

Роговичные ранения 29 4,8

Субконъюнктивальные разрывы 10 1.7

склеры

Ретробульбарные гематомы 9 1.5

Переломы стенок глазницы и их 41 6,8

последствия

Всего наблюдений 599 100

Таблица 2.

Структура клинических наблюдений на этапах хирургического вмешательства

Этап операции Число наблюдений (глаз) Доля данного вида в общем массиве наблюдений, %

Операционные разрезы 55 23,1

Ушивание ран и герметизация глазного яблока 54 22,7

Наложение экстрасклеральных конструкций при отслойках сетчатки 47 19,7

Перемещение мышц при косоглазии 18 7,6

Интраоперационный контроль внутриглазного давления 64 26,9

Всего 238 100

Клинические методы исследования органа зрения.

Каждому пациенту наряду со стандартным офтальмологическим осмотром выполнялись дополнительные исследования. В зависимости от вида патологии и конкретных задач этапа работы были выбраны различные диагностические алгоритмы и специальные методики исследования: биомикроскопия, кератометрия, оптическая пахимет-рия, объективная рефрактометрия, офтальмотонометрия, стереооф-тальмоскопия зоны ДЗН с морфометрией и фотографированием (рац. предложения М581,*М582), вакуум-периметрическая проба, диафано-скопия (трансиллюминация), офтальмоэхобиометрия, определение положения глазного яблока в глазнице, орбитотонометрия, исследование функционального состояния глазодвигательных мышц, рент-гено- и рентгенотомография, компьютерно-томографическое исследование глазницы.

Методы исследования фотоупругости роговицы.

Фотоупругость изолированной роговицы исследовали по разработанной нами методике в специальном устройстве - опорном кольце-фиксаторе (рац. предложение №5455). Роговица с каймой склеры закреплялась на опорном кольце нитями, проведенными через склеру в восьми меридианах. Создавали дозированные растягивающие усилия. Визуализируемую картину интерференции наблюдали на экране или в полярископе отражательного типа с зеркалом за роговицей в качестве отражающей поверхности.

Другую серию экспериментов проводили непосредственно на глазном яблоке в специальном фиксаторе (по Ковылину В.В., 1982). В этих условиях интерференция в роговице определяется не только ее оптическими свойствами, но и механическими характеристиками всей склеральной капсулы, а также давлением в полости глазного яблока. Остальные биомеханические факторы моделировали: растягивающий эффект глазодвигательных мышц, экстра окулярные механические воздействия, изменения внутриглазного давления. Конструкция фиксатора позволяла иметь доступ к местам прикрепления глазодвигательных мышц на передней полусфере склеры. Для имитации мышечных усилий использовали силиконовые нити. Экстраокулярные механические воздействия моделировали окулопрессией с помощью пьезометра. Фоновый диапазон напряжений в склере поддерживали на уровне 147 кПа. Для изучения вызванных деформаций и их распространения по контуру глазного яблока под контролем картины через окуляры полярископа прикладывали различные по интенсивности усилия (от 5х10 3 до 20х10'3 кг) в восьми меридианах паралимбальной и экваториальной зон, а также в заднем полюсе. Пороговые значения усилий (с учетом удаленности от лимба), необходимые для распространения волны деформации за кольцо сопряжения на роговицу, определяли перемещением места воздействия и изменением прилагаемой силы. Давление в глазном яблоке изменяли введением жидкости через канюлю, сочлененную с ниппельным механизмом и манометром. Изменения биомеханических факторов соотносили с динамикой картины роговичной интерференции. Распростра-

нение вызванных на склере деформаций изучали при двух уровнях внугриглазного давления: при 2,5 и при 3,0 кПа.

Картину интерференции при нанесении на роговицу и склеру перфорирующих разрезов исследовали под микроскопом с поляроидами по модифицированной нами методике Е. Schmitt et al. (1980). Таким же образом изучали механические напряжения при герметизации глазного яблока.

Для выполнения расчетов и математического моделирования глазное яблоко рассматривали как систему из двух сопряженных тонких сферических оболочек с разным радиусом кривизны и нагруженных внутренним дазлением: оболочки незамкнуты, по контуру имеют кольцо упругого сочленения. Дополнительные растягивающие напряжения при этом вызываются двумя парами симметрично сосредоточенных сил.

Для изучения фотоупругости роговицы нами разработаны полярископ и поляриметр отражательного типа с фильтрами плоской и круговой поляризации света (рац. предложения №5352, №5354, №5355). Поляризационные устройства были смонтированы на фотощелевых лампах фирмы Carl Zeiss и ЩЛ-56 в виде насадочного узла. В качестве фильтров использовали поливиниловые поляризационные пленки ОСТ 344-14-82 для видимой области спектра с пропусканием 38%. Щелевая лампа обеспечивала освещение, бинокулярное наблюдение и фотосъемку, а также фиксацию головы и взгляда пациента, необходимые юстировочные подвижки. Оптическая система "поляризатор -анализатор" настраивалась по методике скрещенного полярископа ("темного поля"), т.е. под углом 90 градусов относительно друг друга. Другой составной частью поляризационных устройств были фазовые четвертьволновые пластины из слюда. Конструкция насадки и кинематические связи ее элементов позволяли осуществить переход от круговой поляризации света к плоской оптическим "выключением" фазовых пластин. Источник освещения - ксеноновая лампа ФЩЛ. Фокусировку оптической системы производили по картине интерференции с фиксацией взгляда исследуемого прямо. Картину оценивали визуально через окуляры фотощелевой лампы (в цвете) и регистриро-к*

вали фотосъемкой в монокулярном режиме (рац. предложение №5353). Энергия фотовспышки - 480 Дж, относительное отверстие диафрагмы фотокамеры - 1:40. Оптическую разность хода определяли методом компенсации по Тарди (рац. предложения №5356, №5357).

Серия клинических исследований проведена с применением локальной окулопрессии в паралимбальной зоне.

Для изучения фотоупругости роговицы и картин интерференции непосредственно в ходе операций была разработана поляризационная насадка к операционному микроскопу МИКО-ОФ (рац. предложения №5358, №5359). На различных этапах операции насадка вводится в оптическую схему микроскопа перед его объективом. Размещение в оправе поляроидов по секторам создает условия, когда пучок от световода проходит через поляризатор к роговице и после отражения возвращается в оптическую систему микроскопа через анализатор.

В основу работы положен анализ взаимосвязей между фотоупругостью роговицы и другими клиническими параметрами исследуемого глаза.

Картины роговичной интерференции изучали на трех уровнях анализа и обработки изображений : визуально при непосредственном наблюдении, количественно по фотограммам и автоматизированно с помощью ЭВМ. Фотограммы подвергали иконическому анализу по разработанной схеме. Результаты измерений переводили в относительные единицы (к линейным размерам роговицы). Помимо выделения феноменологических моделей роговичной интерференции по видам патологии, в каждой группе выполнен анализ в цифровом виде по определенному алгоритму. Это стало основой для создания программ по автоматизированной обработке изображений.

Исследование проводили как в скрининговом режиме, так и в режиме дифференциальной диагностики. В первом случае оценивали соответствие эталонной картине. Другой режим имел целью соотнести наблюдаемую картину с феноменологической моделью той или иной патологии. Всех пациентов обследовали в динамике с интервалом в 8-12 мес. и общим сроком наблюдения до 3-5 лет.

Изменения картины интерференции, возникающие в ходе оф-тальмохирургических операций, регистрировали на видеомонитор. Это касается нанесения разрезов, герметизации глазного яблока швами, наложения экстрасклеральных конструкций, отсечения и подшивания наружных мышц при косоглазии. Оценивали динамику в послеоперационном периоде.

Весь массив фактического материала был подвергнут скрытому контролю. Результаты исследований обработаны статистически на ЭВМ PC/AT методами вариационного, корреляционного и дискрими-нантного анализа с помощью пакета прикладных программ BMDP.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ.

Экспериментальная часть работы.

В ходе экспериментов установлено, что роговица сохраняет оптическую активность даже с утратой морфологически упорядоченной структуры. Роговичный коллаген, обладая физическими свойствами кристаллов, обеспечивает роговице на тканевом уровне собственную оптическую анизотропию.

В серии исследований на корнео-склеральных образцах, когда структурная целостность роговицы сохранялась и растягивающие усилия моделировались дозированным натяжением нитей, определили, что разрушающие нагрузки для лоскутной разновидности образцов оказались на 38% ниже. В этом факте, по нашему мнению, проявилось отсутствие поперечных связей в такой разновидности образцов, которые обеспечивают высокие прочностные характеристики склеры в экваториальном направлении. Избыточное (над фоновым) натяжение нитей во всех комбинациях сопровождалось изменением оптических эффектов в проекции роговицы. Конфигурация изохром прелимбаль-ной зоны обозначала появление главных напряжений и указывала их направление: в зоне воздействия уменьшались ширина полос и расстояние между ними. По картине интерференции было установлено, что линейная зависимость между внешними нагрузками и осевой деформацией ткани сохраняется до уровней напряжений в 157-177 кПа.

В экспериментах растягивающие усилия прикладывались непосредственно к склере, однако изменения картин интерференции наблюдали в роговице. Поэтому не вызывает сомнения факт принципиальной возможности распространения волн деформации, возникающих в склере, за упругое лимбальное кольцо сопряжения. Полученные результаты можно объяснить механоструктурными особенностями склеры, представляющей собой по существу пространственно армированную конструкцию. Образующие ее коллагеновые волокна, переплетаясь, переходят из экваториального пояса в передний и формируют в корнео-склералыюй зоне плотное кольцо. Склера в этой зоне и роговица по меридианам изотропны, но именно здесь, на стыке материалов с различной жесткостью (роговица обладает меньшей, чем склера, в 2 раза), по законам биомеханики концентрируются деформации и возникают напряжения. Таким образом, роговичную ткань можно рассматривать как линейно-упругую изначально изотропную оптическую среду, обладающую фотоупругими свойствами вследствие ее деформации, а роговичная интерференция в значительных пределах есть оптический эквивалент механических напряжений в ней.

Интерференционная картина роговицы в составе глазного яблока без растягивающего эффекта наружных мышц имела вид цветных колец (из полос изохром). Растягивая склеру силиконовыми нитями по главным меридианам, получили эффект формирования фигуры с вершинами углов по месту приложения силы. Моделированием растягивающих усилий в 20,1x10', 21,6x10", 22,0x10" и 23,8x10' Н соответственно на приводящую, верхнюю, нижнюю и отводящую прямые мышцы получили фигуру полос в форме ромба. Давление в глазном яблоке как базовое поддерживали на уровне 2,5-2,67 кПа. Была установлена зависимость между интерференционной картиной и векторами растягивания: вдоль сагиттальной оси или по касательной к глазному яблоку. Усилия по оси прикрепления косых мышц непосредственно в роговице не проявлялись, однако определяли общие взаимодействия. Анизотропность экваториального пояса склеры такова, что

волны деформации, возникающие в косых направлениях, за лимбаль-ное кольцо сопряжения не распространяются.

Увеличивая в глазном яблоке давление (от 2,5 до 5,0 кПа) при сохранении фоновых усилий растягивания, проследили эффект трансформации ромбовидной фигуры изохром в кольца интерференции, а также концентрацию их на периферии роговицы. Установили, что нагрузки от давления внутри глазного яблока передаются на роговицу как непосредственно, так и через склеру, а растягивающие усилия от глазодвигательных мышц - только через склеру.

Было установлено, что механические напряжения в центре роговицы минимальны и нарастают в направлении к лимбу. Расстояние между изохромами разных порядков и ширина полос свидетельствуют о концентрации напряжений в прелимбальной зоне. В сегментах прилегания наружных мышц области деформации склеры и распространения волны напряжений были более выраженными.

Аналогичные данные для разных возрастных групп были получены в серии клинических исследований с локальной окулопресси-ей в паралимбальной зоне. Отмечено влияние возрастных особенностей склеры на деформативные способности роговицы: в 3-й группе при одинаковых условиях воздействия область деформации оказалась наибольшей.

Особенности механических свойств роговицы объясняются, по нашему мнению, ее структурой. Коллагеновне фибриллы и их архитектоника обеспечивают высокую жесткость роговицы на растяжение, а наличие вязкого связующего вещества между ними - слабую сопротивляемость сдвигу.

Полученные данные были использованы нами в математическом моделировании деформаций и расчетах напряжений. Моделирование и сделанные расчеты подтвердили, что напряжения в роговице при нагрузке давлением определяются изгибом и растяжением. В склере изгибные напряжения локализуются лишь в приконтурной области у лимба, остальная поверхность находится под воздействием только растягивающей компоненты. В центральной зоне роговицы изгибные напряжения в горизонтальном и вертикальном направлениях соста-

вили соответственно ± 1 8 и ±09 кПа, по контуру сопряжения оболочек они достигают наибольших значений (±13 5 и ±6 7). Изгибные напряжения методом фотоупругости не визуализируются. Это объясняется тем, что в зонах растяжения и сжатия оптическая разность хода компенсируется. Растягивающие напряжения вызывают натяжения тканей оболочек по меридианам. Эти напряжения распределены по толщине оболочек равномерно, в центре составляют 13 5 и 12 5 кПа и нарастают к контуру сопряжения. Наличие в роговице растягивающих напряжений вызывает эффект вынужденного двойного лучепреломления, что визуализируется семействами концентрических полос в плоскости экваториальных сечений. Коэффициент оптической чувствительности биоткани роговицы, рассчитанный на основе расшифровки изохроматических полос, составил 0,0065.

Таким образом, экспериментальная часть работы позволила установить закономерности распределения основных элементов картины роговичной интерференции, определить наиболее чувствительные ее элементы для диагностических целей.

Клинические исследования.

В процессе клинического изучения фотоупругости роговицы установлено, что изохромы роговицы могут быть представлены не одной полосой, а несколькими, с конкретными значениями напряжений в каждой из них. Каждая полоса какого-либо порядка (1-го, 2-го и т.д.), состоящая из совокупности равнонапряженных точек, образует замкнутую кривую - изохрому. Другой параметр - ориентация напряжений в роговице - визуализируется изоклиной, совокупностью точек, в которых усилия одинаковым образом ориентированы. Образованная двумя гиперболами (с осью по косым диаметрам), она указывает направления главных напряжений. Изоклина с параметром О (или 90) градусов при скрещенном положении поляроидов представлена темными полосами по вертикальным и горизонтальным меридианам глаза и образует соответственно фигуру креста. При этом плоскости поляризации и направления ветвей креста совпадают. Полосы изоклины имеют высокую плотность по среднеосевой линии и градиент разрежения к краю. Если же вращать один из поляроидов,

фигура креста распадается на две гиперболы. Степень их расхождения будет определяться углом поворота.

Изучение фотограмм по заданному алгоритму феноменологического анализа дополняли измерениями элементов и кодированием характеристик изображения. Количественное описание наиболее значимых диагностических характеристик составило основу разработанной нами схемы анализа роговичной интерференции (рис. 2).

I (по изохромам):

Условные обозначения:

0С

А-Ъ, А-А Ог

ОгА, 0-Д. 0с-С\, а-Д 0С-А, ОтД, ос-а, ОгА

0с-аи Ос-Ъ, 0с-С],

- центр роговицы

- фигура изохромы 1-го порядка

- диагонали фигуры

- точка пересечения диагоналей фигуры

- полудиагонали фигуры

- расстояние от центра роговицы до вершин фигуры

- расстояние от центра роговицы до сторон фигуры (в проекции косых меридианов)

Oc-Ot AzBzCzH

Ах-Ал, Bi-Bz, Cl-Gi, Д-Д

¿ir ¿i2, bi-bz, crc2, drd2

- расстояние между центром роговицы и точкой пересечения диагоналей фигуры

- фигура изохромы 2-го порядка

- расстояние между изохромами 1-го и 2-го порядков по осям от центра роговицы к вершинам фигуры

- расстояние между изохромами 1-го и 2-го порядков в проекции косых меридианов

Условные обозначения:

| А |, | В\, | С\, | D\ - ширина полосы ветвей изоклины в проекции

контура половинных радиусов а.л, а в, о.с, a D - углы отклонения ветвей (по среднеосевой ли-

нии полосы) от главных меридианов со знаком "+" или

Рис. 2. Схемы диагностических элементов для характеристики объектов изображения (правый глаз).

При измерениях определялись следующие элементы изображения.

По роговице:

, вертикальный + горизонтальный ч среднии диаметр С—---—--),

отношение горизонтального диаметра к вертикальному (эл-липсовидность).

По изохроме 1-го порядка:

расстояние от центра роговицы до сторон фигуры (в проекции косых меридианов),

расстояние от центра роговицы до вершин фигуры, длина полудиагоналей фигуры,

ширина полосы в проекции осей от центра роговицы к вершинам фигуры,

ширина полосы в проекции косых меридианов, периметр фигуры,

расстояние между центром роговицы и точкой пересечения диагоналей фигуры, направление ее смещения. По изохроме 2-го порядка:

ширина полосы в проекции главных меридианов, ширина полосы в проекции косых меридианов, периметр фигуры;

расстояние между полосами 1-го и 2-го порядков в проекции осей от центра роговицы к вершинам фигуры,

расстояние между полосами 1-го и 2-го порядков в проекции косых меридианов. По изоклине:

ширина полосы ветвей в проекции контура половинных радиусов,

углы отклонения ветвей (по среднеосевой линии полосы) от главных меридианов: со знаком "+" или (в направлении А-В - со знаком "+", в направлении А-й- со знаком без отклонения - О).

При определении геометрии фигур и измерениях за ориентир приняли среднеосевую линию. С*

Для кодирования характеристик нами учитывалось: число порядков изохром (1, 2,...) по квадрантам, наличие разрывов в полосах изохром каждого порядка по квадрантам,

присутствие ветвей изоклины (по главным меридианам).

Количественные характеристики объектов изображения и кодируемая информация были сведены в цифровой алгоритм.

Анализ изображений картины интерференции в контрольной группе показал, что феноменологически роговичная интерференция здоровых глаз имеет устойчивый характер, включает набор диагностических признаков и может быть принята за эталон (норму).

Эталонная картина роговичной интерференции. Статистическая обработка результатов анализа изображений позволила вывести канонические фигуры изохром и изоклины для условной нормы (рис. 3).

Изохромы представлены полосами 1-го и 2-го порядков, образуют на периферии роговицы замкнутый четырехугольник. Фигура в общих чертах по форме приближается к ромбу. Ее стороны представлены пологой дугой (от центра) в наружных квадрантах и почти прямой линией во внутренних. Вершины углов соответствуют концам ветвей изоклины. Фигура симметрична относительно горизонтального диаметра. Место пересечения диагоналей смещено от центра роговицы кнаружи. Изохромы в наружных квадрантах представлены геометрической полосой, внутренний угол характеризуется феноменом сжатия полос. Наружный угол больше внутреннего. Вершина внутреннего угла находится ближе к краю роговицы, соответствующая ему полудиагональ длиннее наружной. Присутствуют все ветви изоклины, образуя фигуру креста, основанием имеют центр роговицы. Самая узкая ветвь - внутренняя, наружная - шире. Концы ветвей отклонены от главных меридианов: наружная - вверх, верхняя и нижняя - кнаружи. Внутренняя повторяет меридиан.

Рис. 3. Канонические фигуры изохром и изоклины условной нормы (правый глаз).

Рис. 4. Эталонная картина роговичной интерференции (правый глаз).

Картины роговичной интерференции правого и левого глаз зеркально симметричны. Достоверных различий в картине интерференции у женщин и мужчин не выявлено.

Специфику картине (рис. 4), на наш взгляд, придает ряд особенностей биомеханики глаза. Склера в сегментах прикрепления мышц в результате адаптивных изменений ткани (к постоянным физиологи-

ческим нагрузкам от мышечного тонуса) более жесткая. В соседних косых сегментах ее эластичность и деформативные способности выше, поэтому под нагрузкой возникает деформация направленного смещения полоски склеры. В роговице градиент напряжений более выражен по вертикальному диаметру, что связано, по нашему мнению, с меньшим углом стыковки асферичной роговицы со склерой из-за овальной формы опорного контура в плоскости лимба. Приводящая мышца имеет самое близкое к лимбу место прикрепления к склере (5,85 мм), ее сухожилие самое широкое (9,9 мм), поэтому она и сообщает роговице мощное растягивающее усилие. Склера и роговица в этой половине имеют меньшую толщину.

Результирующему вектору напряжений в роговице с направлением 210 (для левого глаза) и 330 градусов (для правого) возникает противодействие со стороны остальных мышц. Три ветви изоклины показывают направления компенсирующих усилий для поддержания равновесия: наружная отклонена кверху на 5-10 градусов, верхняя и нижняя - кнаружи на 5-7 и 10 градусов соответственно. Благодаря такому распределению сил в норме сохраняется биомеханический баланс. Из-за значительного удаления от лимба мест прикрепления верхней (16,3 мм) и нижней (18,3 мм) косых мышц и практически экваториальному по направлению воздействия положению оси деформирующего усилия механические свойства склеры в поясе экватора препятствуют распространению волны деформации за упругий барьер непосредственно на роговицу.

Таким образом, выполненные исследования дают основания считать, что специфическая "фотоупругая картина" роговицы в норме обусловлена рядом основных факторов: оптическими и упругими свойствами собственно роговицы, эластичностью склеры, внутриглазным давлением, каркасным эффектом мышечной воронки в отношении глазного яблока и его контурным контактом с окружающей клетчаткой глазницы. Изменение тех или иных факторов при патологии сопровождается биомеханическим сдвигом и вызывает соответственно отличия картины интерференции от исходной.

Специфика биомеханических сдвигов при заболеваниях глаз.

Сформированное по результатам работы представление об эталонной картине роговичной интерференции у человека в норме позволило нам изучать оптические эффекты поляризованного света при различных видах патологии. Для исследований были выбраны такие заболевания и повреждения глаз, при которых предполагалось изменение механических напряжений по контуру глазного яблока и в роговице.

Для оценки диагностических возможностей метода были образованы следующие клинические группы: 1-е миопией, II - с повышенным ВГД, III - с новообразованиями глазной локализации, IV - с ке-ратоконусом, V - с травматическими повреждениями органа зрения.

Первую группу наших клинических наблюдений составили пациенты с миопией (200 глаз). Клинические параметры глаза (длина П30 и форма глазного яблока, рефракция, толщина и кривизна роговицы) соответствовали степени миопической рефракции. При анализе картин интерференции были сформированы две подгруппы. К первой из них (I-a) отнесены пациенты (168 наблюдений), у которых анализируемая картина соответствовала установленной в настоящей работе полосе нормы. Как оказалось, аметропия в подгруппе I-a не превышала 5,0 дптр. Значимой асимметрии между глазами по картине интерференции у этих пациентов не отмечено, хотя анизометропия до 2,0 дптр имела место у 37 человек. Если фотоупругость роговицы хотя бы на одном глазу отличалась от варианта нормы, такого пациента относили к другой (I-б) подгруппе (18 человек). Как следует из методики формирования групп, у пациентов подгруппы I-б на обоих (14 человек) или только на одном глазу (4 человека) наблюдаемая картина интерференции, не соответствовала эталонной, имела значимые отличия (32 наблюдения). Диапазон рефракции составил 3,5-16,0 дптр.

Наиболее существенным и типичным в феноменологической картине роговичной интерференции в подгруппе I-б оказалось стягивание всей фигуры изохром и провисание ее сторон к центру роговицы, появление фрагментов полос 3-го порядка. В наблюдениях с большей степенью миопии эти изменения имели более выраженный характер.

Пациенты всей группы находились под динамическим контролем с общим сроком наблюдения до 3-5 лет. У 47 пациентов обеих подгрупп по действующей клинической классификации при очередных обследованиях было отмечено прогрессирование. В подгруппе I-a такие наблюдения составили 35% (59 глаз), в остальных наблюдениях отмечена ее стабилизация. В другой подгруппе прогрессирующая форма миопии имела место в 91% случаев (29 глаз).

Проведенные исследования показали, что отклонения от нормы в роговичной интерференции имели место только в тех наблюдениях, где в конечном итоге прогрессирующая близорукость была признана миопической болезнью. Именно такое нарастание миопической рефракции сопровождалось описанными изменениями. Следовательно, выявленные отклонения в картине интерференции были фактически признаками неблагоприятного течения близорукости. Поэтому при одних и тех же степенях миопии картины интерференции часто отличались.

Изменения фотоупругости роговицы у обследованных данной категории и определенная специфика картины интерференции, по нашему мнению, определяются рядом факторов. Так, неполноценная склера значительно истончена, повышается ее растяжимость, снижается предел прочности. При этом механическая неоднородность в преэкваториальном поясе сохраняется, хотя и на другом уровне: в сегментах прилегания мышц склера более жесткая. Помимо склеры, истончается и роговица, усиливается градиент от центра к периферии по толщине, особенно в верхнем и носовом меридианах.

Всех обследованных с повышенным внутриглазным давлением условно разделили на подгруппы. Подгруппу II-а составили пациенты, у которых повышенный офтальмотонус определялся только на одном глазу, давление на другом оставалось в пределах нормальных значений (28 человек): такой принцип формирования исключал влияние возрастных и других индивидуальных особенностей на картину интерференции. Анализ проводился как на основе сопоставления с другим (контрольным) глазом пациента, так и в систематизированном по нарастанию ВГД ряду. В другой подгруппе (II-б) офталь-

могипертензия разных уровней как симптом имела место на обоих глазах (72 человека).

Было установлено, что изменения внутриглазного давления в пределах от 20 до 25 мм рт. ст. существенно не отражаются на фотоупругости роговицы: картина интерференции соответствует эталонной норме. При уровнях ВГД, превышающих нормальные значения, ро-говичная интерференция приобретает достоверно отличающиеся от эталона признаки. Такие нелинейные изменения фотоупругости можно объяснить адаптационным резервом упругих свойств роговицы и всей фиброзной капсулы. С нарастанием офтальмотонуса (до 30 мм рт. ст.) происходит скругление углов фигуры изохром, при этом стороны приобретают вид дуги, изогнутой кнаружи. Сама фигура центрируется, становится менее заметным эффект сжатия полос для внутреннего угла. При ВГД, превышающем 35 мм рт. ст., вся фигура изохром соответствует центру роговицы, близка по геометрии к окружности. Однако ее вершины еще определяются, проецируются ближе к лимбу. Ширина полос и расстояние между ними уменьшаются. Изохрома 2-го порядка местами уже не прослеживается, полоса же 1-го порядка значительно сужена. Ветви изоклины строго соответствуют меридианам, однако ширина полос еще отличается. При уровне офтальмотонуса порядка 40 мм рт. ст. роговичная интерференция характеризуется своими феноменологическими признаками: изохроматический узор представляет собой окружность непосредственно у лимба, когда выделить вершины уже невозможно. Ветви изоклины строго соответствуют меридианам, их полосы по ширине одинаковы, заметно сужены. Изохрома 2-го порядка представлена лишь фрагментами. После 45 мм рт. ст. исчезает вся изохрома 2-го порядка, дальнейшие градации определяются радиусом кольцевидной полосы изохромы. Поскольку превращения изохроматического узора от ромбовидной фигуры до окружности представляются переходными формами, связанными с уровнем давления, были определены количественные характеристики фигур.

Следовательно, изменения в картине интерференции усиливаются с нарастанием офтальмотонуса, что может быть основой для скринингового выявления повышенного офтальмотонуса.

В процессе работы было отмечено, что в ряде случаев при одних и тех же уровнях ВГД картины роговичной интерференции различались. Это, в частности, показал сравнительный анализ наблюдений с симптоматической офтальмогипертензией и глаукомой Ш-ГУ стадий. Анализируя эти случаи, установили, что наряду с уровнем офтальмотонуса существенное влияние на формирование картины интерференции оказывает состояние самой склеры, зависящее от стадии и длительности глаукоматозного процесса. Известно, что склера при глаукоме, особенно в запущенных стадиях, имеет повышенную жесткость. В литературе было показано, что это связано с увеличением содержания в ее ткани гликозаминогликанов. Как нам представляется, снижение эластичности склеры, одного из факторов, определяющих роговичную интерференцию, сопровождается большей чувствительностью всей фиброзной капсулы глаза к фактору повышения давления: ригидная склера не имеет резерва эластичности. Таким образом, фактор жесткости склеры оказывает влияние на феноменологическую модель роговичной интерференции. Однако следует отметить, что постепенное нарастание внутриглазного давления и длительный анамнез заболевания частично мобилизуют компенсаторные возможности биомеханической системы глазного яблока.

Еще в одной серии наблюдений группу с I и II стадией .болезни (148 наблюдений) разделили по критерию стабилизации глаукоматозного процесса. В подгруппах изучили корреляцию между механическими напряжениями в роговице и характером экскавации диска зрительного нерва (ДЗН). Оказалось, что формирование экскавации смешанного типа, приводящее к прогрессированию глаукомы в подгруппе с нестабилизированным процессом, определяется во многом и состоянием склеры. При анализе картин интерференции была установлена связь между экскавированием диска и отличительными чертами фотоупругости роговицы. Таким образом, дифференциально-диагностическим признаком глаукомы и офтальмогипертензии слу-

жат, по нашему мнению, изменения, связанные со снижением эластичности склеры.

Под нашим наблюдением находилась группа из 6 человек (12 глаз) с хронической формой кератоконуса и 18 пациентов с подозрением на это дистрофическое заболевание. Они имели миопический астигматизм с общей аметропией не менее 3,0 дптр и степенью более 2,0 дптр, преимущественно с косыми осями. Картины интерференции анализировались нами в динамике, сопоставлялись с клиническими характеристиками глаза и роговицы. Общий срок наблюдения составил 5 лет. Со временем оказалось возможным определиться с окончательным диагнозом кератоконуса в 18 наблюдениях. В направлении слабых меридианов стороны фигуры изохром получают дополнительный изгиб кнаружи, полосы и расстояния между ними становятся более узкими. В сильных меридианах наоборот: стороны фигуры стягиваются к центру, полосы расширяются. Наметившаяся ось усиления напряжений является стимулом к дальнейшей деформации всей роговицы. Как показал сравнительный анализ, при астигматизме до 2,0 дптр существенных отклонений от эталона в картине интерференции нет, она укладывается в полосу нормы. Однако при больших степенях намечается тенденция изменений, близких по характеру к кера-токонусу. Поскольку кривизна роговицы непосредственного влияния на оптические эффекты поляризованного света не оказывает, полагаем, что при такой деформации, даже врожденной и непрогрессирующей, происходит перераспределение напряжений.

Существенно меняется биомеханика глаза при объемных образованиях глазной локализации. Одним из кардинальных проявлений этих патологических сдвигов, вызванных опухолевым ростом, является стационарный экзофтальм. Из всех клинических наблюдений с новообразованиями глазницы различной природы (34 глаза) были выделены подгруппы с осевым экзофтальмом (Ш-а) и со смещением глазного яблока (Ш-б). Фотоупругость роговицы исследовали до хирургического лечения и после операции в разные сроки.

При осевом экзофтальме с локализацией новообразования в мышечной воронке биомеханика в глазнице определяется несколь-

ними составляющими. Непосредственное давление опухоли на задний полюс глазного яблока и возникающие от деформации механические напряжения недостаточны (с учетом специфики биомеханических свойств этих отделов), чтобы преодолеть по контуру упругий экваториальный пояс склеральной капсулы. Выталкивающему вектору усилий препятствуют наружные прямые мышцы глаза, при этом их противодействие по мере роста опухоли усиливается. Когда растущая опухоль достигает размеров, не совместимых с резервами деформации заднего полюса, преодолевается барьер тонуса мышечной воронки. Такое взаимодействие определяется рядом факторов: размерами опухоли, ее консистенцией (плотностью), отношением с другими структурами глазницы. Интегральное усилие от дополнительного объема (+)ткани приводит к выталкиванию глазного яблока, формируется биомеханический сдвиг. Следовательно, изменение фотоупругости роговицы будет определяться усилением растягивающего действия наружных прямых мышц глаза (тонус косых мышц при нарастающем экзофтальме ослабевает). При этом феноменологически фигура изохромы приобретает подчеркнуто заостренные углы, вершины углов перемещаются к краю роговицы. Ветви изоклины формируют фигуру правильного креста, ширина полос выравнивается и уменьшается. Если поперечный диаметр опухоли превышает размер мышечной воронки в этой плоскости, мышцы отдавливаются, при этом сухожилия не будут плотно облегать глазное яблоко и эффект непосредственной деформации склеральной капсулы снижается. Асимметричное изменение функций наиболее пострадавшей мышцы определяет в таких ситуациях специфику всей картины. Между тем, при такой локализации новообразования даже при значительном экзофтальме нарушений подвижности может и не быть.

В дифференциальной диагностике экзофтальмов неопухолевой природы часто приходится склоняться к эндокринной офтальмопа-тии. В нашем исследовании они составили 76 наблюдений (подгруппа Ш-в). Для отечно-инфильтративной формы этрй патологии характерен осевой экзофтальм, сочетающийся с затрудненной репозицией и ограничением подвижности глазного яблока, особенно кверху и кна-

ружи. Феноменологически отличия роговичной интерференции при отеке всей клетчатки и нарушении моторики глаза сводится к ослаблению напряжений в сегментах прямых мышц, пораженных процессом, и нарастанию его в косых меридианах.

Отдельную группу (Ш-г) составили 28 наблюдений с внутриглазными новообразованиями (меланобластомами). В их диагностике в качестве дополнительных использовались ультразвуковые исследования с эхосканированием. При локализации опухоли в задних отделах (центрально) убедительных доказательств изменения фотоупругости не нашли.

Феноменологические картины изменений фотоупругости роговицы в офтальмотравматологии.

В наших исследованиях для наблюдения имелась группа из 7 глаз с субатрофией 1-11 стадий и 15 глаз с тяжелой травмой, где можно было предполагать развитие со временем субатрофии. При динамическом контроле помимо оценки фотоупругости роговицы выполнялись ультразвуковые и другие клинические исследования. По результатам обследования еще в пяти случаях развилась гипотония и был отмечен переход к I стадии субатрофии. Анализ имевшихся данных показал, что фотоупругость роговицы изменяется первой, еще при стабильных эхобиометрических данных по глазному яблоку.

Нами изучены картины роговичной интерференции в 11 наблюдениях с контузией глазницы и подозрением на ретробульбарную гематому. В дифференциальной и топической диагностике использовались компьютерная томография, эхосканирование, пробная пункция в проекции предполагаемой локализации гематомы. Диагноз подтвердился в 9 случаях. Отдавливаемое гематомой глазное яблоко приобретает деформацию не только со стороны непосредственного воздействия на него, но и через функциональные изменения в мышечной воронке. Перераспределение механических напряжений по контуру глазного яблока сопровождается характерными для такой биомеханики признаками в картине интерференции. При анализе фотограмм и количественной обработке изображений установлены феноменологические признаки локализации гематомы: отклонение вет-

вей изоклины к плоскости сдавления, увеличение угла между сторонами изохроматической фигуры.

Контузионные переломы стенок глазницы в наших исследованиях образовали группы из 15 наблюдений со свежей травмой и 26 - с их последствиями. При этом повреждений фиброзной капсулы глаза не было. Клинически оценка каждого наблюдения и сравнительный анализ с соответствующей картиной роговичной интерференции показали, что наиболее тесная связь прослеживается между наличием диплопии, ограничением подвижности глазного яблока и поля взора, с одной стороны, и усилением напряжений в сегменте пострадавшей в зоне перелома мышцы - с другой. В ряде наблюдений при отсутствии рентгенологических признаков перелома изменения в роговичной интерференции имели место, и наоборот, наличие рентгенологически определяемого перелома иногда не сопровождалось клиническими проявлениями нарушения функции мышц. Таким образом, именно факт ущемления мышцы между костными фрагментами перелома определяет чувствительность метода в диагностике этих травм. Подтверждение этому выводу нашли в группе наблюдений с последствиями переломов. Причиной стойкой диплопии и отклонения глазного яблока оказалось ущемление мышцы в зоне перелома. Освобождение ее из рубцов в ходе операции (пластика стенки глазницы) восстанавливало биомеханические взаимоотношения. Постепенное восстановление функциональной активности пострадавшей мышцы можно было проследить по динамике в картине интерференции.

Картина интерференции при субконъюнктивальных разрывах склеры была изучена в 10 наблюдениях таких травм. Инструментальные методы исследования и интраоперационная диагностика позволяли уточнить предполагаемую локализацию и размеры разрыва. Сопоставление возникших изменений роговичной интерференции с клинической характеристикой конкретного повреждения давало возможность установить взаимосвязь. Оказалось, что наиболее существенные изменения .фотоупругости имеют место при лимбальных разрывах в сегменте прикрепления мышцы. Обращенная к месту разрыва часть картины интерференции размывается, утрачивает обяза-

тельные элементы. Невозможно проследить ни полосы изохром, ни ветвь изоклины. Даже если место разрыва в таком сегменте удалено от лимба, изменения в картине аналогичны, хотя и менее выражены. При этом уровень ВГД не оказывает существенного влияния. При разрывах вне меридианов прикрепления мышцы размывается сторона фигуры изохромы в этом квадранте. При меридиональном разрыве специфика картины обусловлена растягивающим действием мышц соответствующего квадранта: акцентируются углы фигуры изохром в этих меридианах, полоса имеет разрыв. Гипотония усиливает общую тенденцию изменений.

Фотоупругость роговицы изучалась нами также при роговичных ранениях (29 наблюдений) и операционных разрезах (55 наблюдений). В 22 случаях хирургическая обработка ранений сопровождалась шовной герметизацией. Также была возможность динамического контроля за картиной интерференции после рефракционной кератотомии. Выполненный анализ показал: и перфорация, и несквозной дефект роговицы приводят к значительным изменениям ее механических характеристик. Выраженность возникающих сдвигов и сохранение роговицей каркасных функций определялись размерами и характером повреждения или операционной раны. В непосредственный послеоперационный период можно было наблюдать циклические изменения роговичной интерференции, связанные с суточными колебаниями ВГД. По мере формирования рубца картина изменялась, и лишь по истечение 3-5 месяцев отмечалась стабилизация. Картина роговичной интерференции принимала вид, в формировании которого существенная роль принадлежала фактору Рубцовых изменений.

Интраоперационный контроль и картина роговичной интерференции.

Поскольку возникновение послеоперационного астигматизма зависит от целого ряда факторов, в своих исследованиях мы выбрали тех пациентов и те операции, где представлялось возможным проанализировать влияние на конечный результат при прочих равных условиях только одного фактора - натяжения швов. Такую группу составили 56 глаз. По каждому глазу имелась исходная картина интерференции. Фотоупругость после операции сравнивали как с ис-

ходными данными, так и в динамике. Результаты исследования оказались весьма примечательными. Только для 13 глаз картина интерференции после операции действительно повторяла исходную (1-я группа), в остальных же 43 наблюдениях (2-я группа) "разброс" оказался значительным. И что важно, устойчивой корреляционной связи с разновидностью шва не отмечено ни в одной из этих групп. Во 2-й группе, где восстановления биомеханического каркаса роговицы достигнуто не было, формирующийся астигматизм укладывался в рамки уже устоявшегося по предыдущему опыту распределения по виду и степени. Аналогичная перспектива сложилась и для трех глаз 1-й группы (следует, правда, отметить, что в основе возникновения астигматизма лежали вполне конкретные причины: повышение ВГД, ослабление натяжения швов, выраженная воспалительная реакция). В остальных 10 наблюдениях по истечении трехмесячного срока рубцевания можно было констатировать наличие физиологического астигматизма.

При сохранении офтальмохирургом отработанной техники операции и привычного способа наложения шва появилась возможность (с контролем за фотоупругостью роговицы) натяжением нитей восстановить исходную картину интерференции. Естественно, что непрерывный шов облегчает задачу регуляции натяжений по ране. Анализ ситуации в этой группе (22 глаза) показал, что общая картина со временем также под влиянием тех или иных конкретных причин может изменяться, однако, и это важно, с меньшими нежелательными последствиями для окончательного результата. И вообще более надежными в итоге оказались глубокие узловатые швы: если в раннем послеоперационном периоде удавалось качеством швов и медикаментозным ведением избежать^ существенных отклонений от завершающего этапа операции, прогноз представлялся оптимистичным, что и подтвердилось при обследовании в отдаленные сроки.

Значительные биомеханические сдвиги по контуру глазного яблока вызывает наложение в ходе операции экстрасклеральных конструкций. Для анализа изменений в картине роговичной интерференции обследовали группу пациентов с оперированной отслой-

кой сетчатки и экстрасклеральными конструкциями (47 наблюдений). При круговом пломбировании феноменологически фотоупругая картина приобретала выраженную деформацию всех элементов. Если при круговом экваториальном вдавлении картина представала симметричной, то при акцентировании жгута наблюдалось смещение изохроматической фигуры. Картины экваториального пломбирования и баллонирования были аналогичными: основные изменения в интерференции происходили в квадранте вдавления и указывали на высокие напряжения в нем. В этой же плоскости формировался один из главных меридианов роговичного астигматизма. Обязательным феноменологическим признаком меридиональной пломбы стал разрыв полосы изохромы в этом же меридиане за счет предельно выраженного эффекта сжатия. Ветви изоклины являются дополнйтельным указателем сегмента вдавления. Изменения фотоупругости роговицы наряду с феноменологическими проявлениями наличия конкретных экстрасклеральных конструкций имели тесную зависимость от исходных (до операции) механических свойств склеры: возрастные особенности, характеристики, связанные с миопической болезнью. Именно в наблюдениях, где склера представлялась жесткой и в послеоперационном периоде отмечалась относительная офтальмоги-пертензия, имели место значительное изменение рефракции и болевой синдром.

Компьютеризация исследования и анализа изображений.

Для анализа изображения, являющегося в наших исследованиях объектом непосредственной оценки, дополнительные возможности предоставляет использование современных информационных технологий на основе методологии иконики. В ПЭВМ вводили информацию в виде изображения, что позволяло сохранять ее, при необходимости воспроизводить и анализировать с помощью прикладных программ. Компьютеризация исследования позволила достичь следующих целей:

объективизации получаемых данных на основе введения количественных показателей результатов анализа.

унификации методических приемов обследования за счет программной реализации разработанных методик,

накопления опыта применения метода сохранением типовых изображений в памяти компьютера в виде специализированной базы данных.

Структура аппаратных средств комплекса и взаимодействие его компонент представлена на рисунке 5. Целенаправленное функционирование такой аппаратной структуры задается соответствующим программным обеспечением. В общем виде эта методика состоит из следующих шагов определенной последовательности:

1) ввод изображения роговичной интерференции;

2) предварительная обработка введенного изображения для удаления деталей, не существенных для достижения основной цели обработки, т.е. являющихся "шумом";

3) сегментация изображения - выделение областей, являющихся предметом исследования - изоклин и изохром;

4) морфологическая фильтрация выделенных объектов для дополнительного удаления избыточной информации;

5) скелетизация выделенных объектов (изоклин и изохром) -превращение их в фигуры, построенные из линейных элементов;

6) обработка числовых характеристик выделенных объектов;

7) принятие решения по результатам анализа числовых характеристик.

Большинство перечисленных выше шагов реализуются стандартными операциями цифровой обработки изображений, которые легко адаптируются к специфике нашей задачи. Методика обработки изображений позволила сформировать набор (вектор) количественных характеристик дигностически значимых элементов картины и использовать их для принятия диагностического решения, что объективизировало исследование и повысило его чувствительность.

Рис. 5. Структура аппаратных средств диагностического комплекса.

ВЫВОДЫ

1. Роговица представляет собой линейно-упругую анизотропную среду с модулями упругости Еу=Ех=1200 кПа и й=60 кПа и модулями сдвига 6^3=6^3=89 кПа и 6^=214 кПа при коэффициенте поперечной деформации Ц12=й21= 0,7 (при 2,67 кПа).

2. Коэффициент оптической чувствительности биоткани роговицы связывает оптические эффекты и механические напряжения в ней и составляет 0,0065.

3. Разработанный способ исследования фотоупругости роговицы, основанный на режимах плоской и круговой поляризации света, позволяет измерить оптическую разность хода в клинических условиях.

4. Напряжения в роговице от деформации определяются изгибом и растяжением. Результирующий вектор напряжений от взаимодейст-

вия всех составляющих имеет направления по меридианам 210 и 330 градусов соответственно для левого и правого глаз.

5. Адекватная математическая модель для расчета напряжений в роговице и по контуру глазного яблока имеет следующие параметры: для роговицы /?(1)=7,5х10"3 м, Лц)=0,6х10"3 м, модуль упругости З,4х103 кПа; для склеры /?(2)=11,5х10"3 м, Ла)=0,5х10~3 м; модуль упругости 4,9х103 кПа, коэффициент Пуассона 0,5; давление внутри оболочек 2,67 кПа.

6. Оптические эффекты поляризованного света при взаимодействии с роговичной биотканью являются маркером действующих в ней механических напряжений и содержат информацию обо всем контуре глазного яблока. Роговичную интерференцию формируют как оптические и упругие свойства собственно роговицы, так и эластичность склеры, уровень внутриглазного давления, каркасный эффект мышечной воронки и контурный контакт глазного яблока с орбитальной клетчаткой.

7. Феноменологическая модель эталонной картины роговичной интерференции имеет строго определенную топографию полос, а канонические фигуры изохром и изоклины - устойчивое количественное выражение в рамках полосы нормы.

8. Картины роговичной интерференции при патологии глаз отличаются характерными феноменологическими признаками и количественными параметрами, что является диагностической основой для:

обнаружения ранних проявлений патологии (кератоконус, новообразования глазницы, внутриглазные опухоли периферийной локализации, субатрофия глазного яблока),

дифференциальной диагностики (врожденный роговичный астигматизм и кератоконус, миопическая рефракция и миопическая болезнь, офтальмогипертензия и глаукома, эндокринные офтальмо-патии и новообразования глазницы),

прогностической оценки процесса (прогрессирование миопии), уточняющей диагностики (субконъюнктивальные разрывы склеры, ретробульбарные гематомы, переломы стенок глазницы),

динамического контроля (кератоконус, миопическая болезнь, субатрофия глазного яблока, состояние экстрасклеральных конструкций, мышечный баланс глазодвигательных мышц, эндокринные оф-тальмопатии и новообразования глазницы),

скрининговой офтальмотонометии.

9. Картина интерференции при интраоперационном контроле позволяет офтальмохирургу добиться равномерного натяжения нитей при наложении швов, спрогнозировать изменение рефракции при использовании экстрасклеральных конструкций, избежать мышечного дисбаланса и астигматизма при операциях по поводу косоглазия.

10. Разработанный диагностический комплекс и принципы программного обеспечения к нему объективизируют, оптимизируют, повышают чувствительность и специфичность способа клинической оценки фотоупругости роговицы.

11.Созданный по результатам работы феноменологический атлас дает ценную диагностическую информацию по картинам интерференции при патологии глаз и может применяться для сравнительного анализа.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Основу широкого внедрения в клиническую практику оценки фотоупругости роговицы создает оснащение серийных фотощелевых ламп поляризационно-оптическими насадками.

2. Отклонения от эталонной картины роговичной интерференции предопределяют дополнительный диагностический поиск для выявления патологии, вызвавшей биомеханические сдвиги.

3. Атлас феноменологических моделей основных видов патологии позволяет офтальмологам давать скрининговую оценку и клиническую интерпретацию наблюдаемой интерференционной картины путем сопоставления их по принципу сходства.

4. Повышению эффективности динамического наблюдения пациентов с патологией, предполагающей возможное нарушение биомеханических характеристик глаза, служит высоко информативное сравнение фотограмм, полученных в разное время. Это, в частности, каса-

ется случаев развития субатрофии глазного яблока и кератоконуса, эндокринных офтальмопатий и новообразования глазницы, оценки функционального состояния глазодвигательных мышц, а также создает возможность контроля за состоятельностью экстрасклеральных конструкций после противоотслоечных операций и др.

5. Исследование фотоупругости роговицы при миопии может дать прогностическую оценку вероятности ее дальнейшего прогрес-сирования.

6. Интраоперационный контроль за равномерностью и степенью натяжения швов при герметизации глазного яблока по картине интерференции снижает вероятность послеоперационного астигматизма.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Диск зрительного нерва при глаукоме // Офтальмол. журн. -1982. - №5. - С. 272-276. (Соавт. Волков В.В.).

2. Оценка стадии глаукомы по состоянию диска зрительного нерва // Глаукома. - Ярославль, 1984. - С. 22-25. (Соавт. Волков В.В.).

3. Поляризационно-оптический метод в диагностике механических повреждений глаз // Огнестрельная травма органа зрения: Тез. докл. науч. конф., посвящ. 90-летию со дня рождения проф. Б.Л. Поляка. - Л., 1989. - С. 40-41. (Соавт. Малышев Л.К.).

4. Изменение фотоупругой картины роговицы под воздействием глазодвигательных мышц // Материалы заседаний ЛНМ00. - Л. , 1989. -С. 7. (Соавт. Волков В.В., Малышев Л.К., Мануковский B.AJ.

5. The Method of Photoelasticity in Ophthalmology: State and Perspectives // Abstracts 9th International Congress of Eye Research: Proceedings of the ISER. - New Jersey, USA, 1990. - Vol. 6. - P. 120. (Volkov V.V., Malyshev L.K., Saulgosis Yu.Zh., Nekrasov Yu.D., Pavilainen V.Ya.).

6. Метод фотоупругости в диагностике новообразований орбиты // Патология оптических сред и зрительного аппарата: Тез. докл. IV науч.-практ. конф. офтальмологов Молдовы. - Кишинев, 1990. - С. 252253. (Соавт. Волков В.В., Малышев Л.К.).

7. Современное состояние и перспективы применения метода фотоупругости в офтальмологии // Офтальмол. журн. - 1990. - №8. -С.479-482. (Соавт. Волков В.В., Малышев JI.K., Саулгозис Ю.Ж., Некрасов Ю.Д., Павилайнен В.Я.).

8. Фотоупругая картина роговицы при парезах и параличах глазодвигательных мышц // Дойниковские чтения: Тез. докл. науч. конф., посвящ. памяти акад. АМН СССР B.C. Дойникова. - JI., 1991. - С. 22. (Соавт. Мануковский В.А., Серик А.Ю.

9. Метод фотоупругости в офтальмологии // Боевые повреждения органа зрения: Тез. докл. науч. конф., посвящ. 175-летию кафедры офтальмологии академии. - СПб , 1993. - С. 98.

10. Морфометрические исследования ДЗН при глаукоме и передней ишемической оптиконейропатии // VI съезд офтальмологов России: Тез. докл. - М., 1994. - С. 214. (Соавт. Волков В.В., Симакова И.Л.).

11. Офтальмологический поляриметр // Оптич. журн. - 1994. -№12. - С. 71-75. (Соавт. Голубева С.Г., Дричко Н.М., Даниличев В.Ф., Малышев Л.К.).

12. Офтальмологический поляриметр в клинической практике // Актуальные вопр. клиники, диагностики и лечения: Тез. докл. науч. конф. - СПб, 1995. - С. 71-72. (Соавт. Даниличев В.Ф.).

13. Фотоупругость роговицы в клинической оценке деформаций глазного яблока // Актуальные вопросы клиники, диагностики и лечения: Тез. докл. науч. конф. - СПб, 1995. - С.87-88. (Соавт. Юхно М.В.).

14. Фотоупругость роговицы в норме и при некоторых заболеваниях глаз // Актуальные проблемы детской офтальмологии: Науч. материалы, посвящ. 60-летию кафедры детской офтальмологии СПбПМИ. - СПб, 1995. - С. 24-27. (Соавт. Даниличев В.Ф1

15. Automated Technology of Clinical Study of Eye Biomechanics and Diagnosis According to Cornea Photoelasticity // Abstract Joint European Research Meetings in Ophthalmology and Vision. - Montpellier, France, 1995. - Vol. 2. - P. 83. ( Danilicheff, V.).

16. Фотоупругость роговицы в офтальмохирургии: профилактика послеоперационного астигматизма // Офтальмол. журн. - 1996. - №3. - С. 191-192 . (Соавт. Даниличев В.Ф.).

Автор глубоко признателен за внимание к своей работе Герою Социалистического Труда лауреату Государственной премии заслуженному деятелю науки доктору медицинских наук профессору В.В. Волкову, заслуженному деятелю науки доктору медицинских наук профессору В.Ф. Даниличеву, доктору технических наук Л.К. Малышеву, кандидатам технических наук В.В. Макулову, Н.М. Дричко, Ю.Ж. Саулгозису.