особенности контроля усилия прижатия электродов при

ОСОБЕННОСТИ КОНТРОЛЯ УСИЛИЯ ПРИЖАТИЯ ЭЛЕКТРОДОВ ПРИ
РЕООФТАЛЬМОГРАФИИ
П.В. Лужнов1, Д.М. Шамаев1, Т.О. Пика1, Е.Н. Иомдина2
1 - МГТУ им.Н.Э.Баумана
2 - МНИИ ГБ им.Гельмгольца
[email protected]
Аннотация.
Для диагностики нормального функционирования тканей глаза и окружающих его тканей
необходим контроль в том числе и показателей гемодинамики. Диагностика кровотока имеет важное
значение в определении причины развития заболевания и выбора стратегии лечения. Методика
реографии глаза, реоофтальмография (РОГ), получила широкое распространение в практике
офтальмологии как метод, позволяющий изучить гемодинамику глаза как в цилиарном теле, так и
интегрально во всем сосудистом тракте и сетчатке глаза. При наложении РОГ-электродов на глаз
существенным является контроль усилия прижатия электродов, от которого зависит точность и
достоверность получаемых в ходе диагностики результатов.
Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ 15-08-99682.
ВВЕДЕНИЕ
Диагностика показателей кровотока имеет важное значение в определении причины развития
офтальмологического заболевания и выбора стратегии лечения, что особенно важно, например, при
глаукоме нормального давления. Более того, в настоящее время недостаточно изучен механизм развития
этого заболевания. Ухудшение микроциркуляции может являться первопричиной развития глаукомных
нарушений или представлять результат прогрессирующего нарушения зрительных волокон. Методика
реографии глаза, реоофтальмография (РОГ), получила широкое распространение в практике офтальмологии
как метод, позволяющий изучить гемодинамику глаза в условиях, близких к физиологическим. Наличие
анастомозов между задними короткими и длинными артериями глаза позволяет реографически исследовать
состояние гемодинамики не только в цилиарном теле, но и интегрально во всем сосудистом тракте и
сетчатке глаза
В ходе предварительных исследований с системой электродов для РОГ [1] было выявлено, что при
недостаточной силе прижатия электродов к веку зарегистрировать достоверный сигнал не представляется
возможным. Излишнее усилие прижатия приводит к ответным реакциям со стороны глазного яблока, и,
соответственно, достоверность получаемых данных также ставится под сомнение. Помимо этого, излишнее
давление на глаз усиливает дискомфортные ощущения пациента. Все это показывает необходимость
разработки отдельной или встроенной системы регистрации усилия прижатия электродной сборки к веку,
позволяющей количественно оценить силу прижания. Для этого в работе был проведен обзор возможных
вариантов реализации поставленной задачи.
В качестве одного из способов реализации рассматривалась конструкция с использованием
пьезоэлементов или датчиков на их основе. Помимо этого рассматривались два других класса датчиков.
Один из них - это датчик, работающий по принципу поршня фирмы Honeywell FSG15N1A. Другой - это
датчики таких производителей как Interlink Electronics и Parallax Inc. Также в ходе исследований
определялось место установки датчика в системе РОГ-электродов.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Наиболее подходящим местом для размещения датчика в электродной сборке является ее середина,
где есть возможность разместить дополнительный электрод, выполняющий функцию передачи усилия,
прикладываемого к веку, на поршень датчика [2]. Главным недостатком такой конструкции, не
позволяющей эффективно ее использовать, является то, что при установке она займет почти всю толщину
подложки. Это приведет к тому, что усилие прижатие электродов будет оказывать дополнительное давление
на глаз посредством этого датчика, при этом контакт непосредственно реографических электродов с
поверхностью глаза будет неудовлетворительным. То есть пропадет равномерность прижатия всех
электродов к глазу. Увеличение толщины подложки приведет к усложнению процедуры наложения
электродов и контроля их местоположения. Из-за большой высоты сборки появится нестабильность
фиксации самого отведения РОГ. В проводимых в данной работе исследованиях, ввиду вышеуказанного,
применялись резистивные датчики, которые обладают малой толщиной и габаритами.
В конструкции отведения РОГ был реализован один датчик, расположенный под измерительным
электродом, поскольку усилие прижатия в этой области максимально. Как правило, при схемотехнической
реализации датчиков на основе элементов с переменным сопротивлением используют различные варианты
моста Уинстона или другие аналогичные. Основываясь на условиях баланса, в электрической
принципиальной схеме используются резисторы того же или близкого порядка, что и верхний предел
чувствительных элементов. Датчик FLEXIFORCE обладает верхним пределом в 40 МОм, использование
резисторов такого порядка приведет к появлению шумов. Помимо этого, как отмечалось выше, применение
этого датчика усложняет конструктивную реализацию, поэтому от реализации датчика усилия прижатия на
основе такого сенсора решено было отказаться. Датчик FSR 400 обладает верхним пределом в 100 кОм, что
более предпочтительно в нашем случае.
В данной работе применялась схема регистрации на основе операционного усилителя, внутрь
электродной сборки на потенциальные электроды было установлено по одному датчику FSR 400. Ввиду
особенностей электродной сборки, расположение всего измерительного каскада в непосредственной
близости от места регистрации сигнала затруднительно. Удаление расположения датчиков неизбежно
приводит к появлению помех при регистрации сигнала прижатия. Полученная конструкция получилась
достаточно гибкой для возможности проведения РОГ исследований. Проведенные испытания показали ее
помехозащищенность и удобство в работе. На рис. 1. представлена структурная схема импедансного
измерительного преобразователя для проведения РОГ исследований. Помимо канала регистрации усилия
прижатия электродов на схеме обозначены система сбора данных, представленная аналого-цифровым
преобразователем (АЦП), управляющий микроконтроллер (МК), а также блок гальванической развязки
(БГР) с персональным компьютером и источник питания (ИП) прибора (см. рис. 1).
Рис. 1
Структурная схема импедансного измерительного преобразователя для реоофтальмографических исследований
РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
Для уменьшения погрешности измерений проводились исследования оптимального расположения
датчика усилия прижатия РОГ электродов. Возможные точки наложения приведены на рис. 2.
Рассматривалось три базовых варианта расположения: 1- на лбу, 2- на глазу, 3- на скуле (см. рис.2). В ходе
серии измерений установлено, что наибольшая точность регистрации усилия прижатия достигается при
позиционировании датчика в варианте 2.
Рис. 2
Возможные варианты расположения датчика усилия прижатия
Проведенные исследования предложенной конструкции наложения РОГ электродов показали, что
конструкция удобна в эксплуатации и позволяет зарегистрировать усилие прижатия с точностью,
необходимой для правильного позиционирования на глазу пациента.
Литература
1. Лужнов П.В. и др. Анализ особенностей применения методов реоофтальмографии // Биомедицинская
радиоэлектроника,2011, №10,С.39-41.
2. Лужнов П.В. и др. Использование тетраполярной методики при реоофтальмографии для оценки
кровоснабжени глаза // Биомедицинская радиоэлектроника, 2012, №10, С. 18-21.