способ биомикроскопического исследования микрососудов конъюнктивы глазного яблока

Формула изобретения

1. Способ биомикроскопического исследования микрососудов конъюнктивы глазного яблока, включающий регистрацию выбранного поля конъюнктивы глазного яблока, обработку изображения с выделением контрольного поля и определением в зоне контрольного поля основных показателей микроциркуляторного русла и микроциркуляции крови, в частности затененной площади, площади, занимаемой капиллярами, площади, занимаемой артериолами и венулами, извитости микрососудов и неравномерности их диаметров, с последующим определением относительных значений указанных параметров, отличающийся тем, что при регистрации выбранного поля конъюнктивы глазного яблока используют фото- или видеокамеру с представлением изображения в цифровом формате, при обработке изображения первоначально определяют оптическую плотность фона, а затем ступенчато уменьшают оптическую плотность изображения на величину плотности фона и получают промежуточные изображения для определения основных показателей состояния микроциркуляции крови; на первом промежуточном изображении определяют затененную площадь, на которой средняя оптическая плотность изображения не менее чем на 1-15% превышает оптическую плотность остальной площади первого промежуточного изображения, после чего удаляют затененные области с первого промежуточного изображения, получая второе промежуточное изображение; на втором промежуточном изображении определяют площадь, занимаемую капиллярами, после чего удаляют из изображения занимаемую капиллярами площадь, получая третье промежуточное изображение; на третьем промежуточном изображении определяют площадь, занимаемую артериолами и венулами, извитость микрососудов, неравномерность диаметров артериол и венул, а также особенности реологического состояния крови внутри артериол и венул.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что выполняют, по крайней мере, два последовательных изображения с фиксацией интервала времени между ними и, сравнивая третьи промежуточные изображения указанных снимков, определяют скорость кровотока в микрососудах по линейному смещению эритроцитов и лейкоцитов.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что исследуемые параметры разделяют на четыре группы, каждая из которых раздельно характеризует гемодинамику в микрососудах, структурные изменения микрососудов, реологические изменения крови и барьерную функцию микрососудов.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что каждый из исследуемых параметров ранжируют, как минимум, по трем уровням в зависимости от степени изменения параметра.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что по каждой из четырех групп признаков определяют интегральную характеристику изменения микроциркуляции крови как усредненное значение степени изменения всех параметров в данной группе.

6. Способ по п.4, отличающийся тем, что определяют интегральный индекс конъюнктивальной микроциркуляции как усредненную сумму степени изменения параметров всех четырех групп признаков.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области медицины и может быть использовано при диагностике состояния сердечно-сосудистой системы человека, в частности для оперативной оценки нарушений микроциркуляции крови.

Сердечно-сосудистая система человека является единой для всего организма человека, и хронические изменения сердечно-сосудистой системы в одной части организма отражаются на состоянии кровеносных сосудов в других частях организма. Конъюнктива глазного яблока наиболее доступна для визуального изучения микрососудов, и исследование их состояния может дать наиболее простую и информативную картину для выявления внутрисосудистых нарушений микроциркуляции, что дает возможность индивидуального подхода при лечении больных сердечно-сосудистыми заболеваниями, а также для прогнозирования результатов и контроля эффективности лечения.

Известен способ биомикроскопического исследования микрососудов конъюнктивы глазного яблока, включающий биомикроскопию сосудов конъюнктивы глазного яблока с визуальной регистрацией внутрисосудистой агрегации эритроцитов и "сладж-феномена" (см. патент Российской Федерации №2147416, А 61 В 5/00, 10/00, 20.04.2000). Данный способ имеет ограниченные возможности исследования, и его применение связано с использованием фармацевтических средств.

Наиболее близким к предложенному способу по совокупности существенных признаков является способ биомикроскопического исследования микрососудов конъюнктивы глазного яблока, включающий регистрацию выбранного поля конъюнктивы глазного яблока, обработку изображения с выделением контрольного поля и определением в зоне контрольного поля основных показателей микроциркуляторного русла и микроциркуляции крови, в частности затененной площади, площади, занимаемой капиллярами, площади, занимаемой артериолами и венулами, извитости микрососудов и неравномерности их диаметров, с последующим определением относительных значений указанных параметров (см. Биомикроскопическое исследование сосудов микроциркуляторного русла конъюнктивы глазного яблока человека. Методические рекомендации. М., Министерство Здравоохранения РСФСР, 1988). Известный способ может быть реализован только при наличии в составе клиники фотолаборатории для проявки пленки, что связано с использованием химических реактивов, утилизация которых приводит к дополнительным экологическим проблемам. В известном способе все измерения делаются визуально, в основном по плотности снимка, что вносит большую долю субъективности в результаты исследования. Визуальная обработка снимка приводит также к быстрой утомляемости исследователя, что увеличивает долю субъективизма. Качество снимка может быть определено только после его проявления и в значительной степени зависит от условий обработки фотопленки, в частности затененность (общий серый фон снимка) или пониженная контрастность снимка зависят от качества проявителя. Низкое качество снимка приводит к ошибкам в определении показателей микроциркуляторного русла и микроциркуляции крови.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является разработка способа биомикроскопического исследования микрососудов конъюнктивы глазного яблока, обеспечивающего повышенное качество изображения конъюнктивы глазного яблока и снижающего роль субъективного фактора при оценке показателей микроциркуляторного русла и микроциркуляции крови. Другой задачей изобретения является разработка способа биомикроскопического исследования микрососудов конъюнктивы глазного яблока, использование которого не связано с применением химических реактивов. Еще одной задачей изобретения является разработка способа биомикроскопического исследования микрососудов конъюнктивы глазного яблока, обеспечивающего полуколичественный учет показателей, характеризующих состояние микроциркуляторного русла и микроциркуляции крови.

Поставленные технические задачи решаются следующим образом. В способе биомикроскопического исследования микрососудов конъюнктивы глазного яблока, включающем регистрацию выбранного поля конъюнктивы глазного яблока, обработку изображения с выделением контрольного поля и определением в зоне контрольного поля основных показателей микроциркуляторного русла и микроциркуляции крови, в частности затененной площади, площади, занимаемой капиллярами, площади, занимаемой артериолами и венулами, извитости микрососудов и неравномерности их диаметров, с последующим определением относительных значений указанных параметров, согласно изобретению, при регистрации выбранного поля конъюнктивы глазного яблока используют фото- или видеокамеру с представлением изображения в цифровом формате, при обработке изображения первоначально определяют оптическую плотность фона, а затем ступенчато уменьшают оптическую плотность изображения на величину плотности фона и получают промежуточные изображения для определения основных показателей состояния микроциркуляции крови; на первом промежуточном изображении определяют затененную площадь, на которой средняя оптическая плотность изображения не менее чем на 1-15% превышает оптическую плотность остальной площади первого промежуточного изображения, после чего удаляют затененные области с первого промежуточного изображения, получая второе промежуточное изображение; на втором промежуточном изображении определяют площадь, занимаемую капиллярами, после чего удаляют из изображения занимаемую капиллярами площадь, получая третье промежуточное изображение; на третьем промежуточном изображении определяют площадь, занимаемую артериолами и венулами, извитость микрососудов, неравномерность диаметров артериол и венул, а также особенности реологического состояния крови внутри артериол и венул.

При этом выполняют, по крайней мере, два последовательных изображения с фиксацией интервала времени между ними и, сравнивая третьи промежуточные изображения указанных снимков, определяют скорость кровотока в сосудах по линейному смещению эритроцитов и лейкоцитов.

Кроме того, исследуемые параметры разделяют на четыре группы, каждая из которых раздельно характеризует гемодинамику в микрососудах, структурные изменения микрососудов, реологические изменения крови и барьерную функцию микрососудов.

При этом каждый из исследуемых параметров ранжируют, как минимум, по трем уровням в зависимости от степени изменения параметра.

Кроме того, по каждой из четырех групп признаков определяют интегральную характеристику изменения микроциркуляции крови как усредненное значение степени изменения всех параметров в данной группе.

При этом определяют интегральный индекс конъюнктивальной микроциркуляции как усредненную сумму степени изменения параметров всех четырех групп признаков.

В основу изобретения положено использование для биомикроскопического исследования микрососудов конъюнктивы глазного яблока представление изображения контрольного поля конъюнктивы в цифровом формате с регистрацией выбранного поля конъюнктивы глазного яблока соответствующими фото- или видеокамерами. Наличие цифровой обработки изображения дает возможность в количественном отношении оценить оптическую плотность отдельных зон контрольного поля и общий фон изображения и использовать полученные данные для дальнейшей работы с изображением. Количественная оценка оптической плотности отдельных зон снижает роль субъективного фактора при определении показателей микроциркуляторного русла и микроциркуляции крови. Качество цифрового снимка определяется только регистрирующей аппаратурой и не зависит от субъективных факторов при обработке пленки, как это имеет место в обычной фотографии. Измерив оптическую плотность фона, и, используя известные программы работы с изображениями в цифровом формате, убирают с изображения фон, ступенчато уменьшив оптическую плотность изображения на величину плотности фона. На полученном таким образом промежуточном изображении ничто не мешает исследовать изображение артериол, венул и капиляров, а также изучать эритроциты и лейкоциты внутри кровеносных сосудов. На данном промежуточном снимке легко определяются площади поврежденных зон кровеносной системы конъюнктивы глазного яблока, так как они имеют повышенную оптическую плотность (затенение), и площадь затененной зоны легко может быть определена визуально (качественная оценка), а также измерена с помощью компьютера (количественная оценка), считая, что поврежденная зона (затененная зона) имеет оптическую плотность на 1-15% выше оптической плотности остальной площади контрольного поля на промежуточном изображении. Исключение затененной зоны из промежуточного изображения (ступенчатое уменьшение оптической плотности изображения) позволяет более точно выявить структуру артериол, венул и капиляров. Дальнейший порядок работы с промежуточным изображением определяется оптической плотностью отдельных элементов сосудистой системы конъюнктивы глазного яблока, в связи с чем первоначально определяют площадь, занимаемую капиллярами, удаляют из изображения занимаемую ими площадь, а затем определяют показатели артериол и венул, в частности площадь, занимаемую артериолами и венулами, извитость микрососудов, неравномерность диаметров артериол и венул, и проводят оценку особенностей реологического состояния крови внутри артериол и венул, например, по положению эритроцитов и лейкоцитов внутри сосудов. Все измерения показателей микроциркуляторного русла и микроциркуляции крови могут быть проведены визуально (полуколичественный учет) или с использованием программ по обработке цифровых изображений (количественная оценка), уменьшая роль субъективного фактора. Наличие изображения в цифровом формате исключает использование химических реактивов при исследовании, что способствует улучшению экологии.

Наличие двух последовательных промежуточных изображений, полученных через фиксированный интервал времени, упрощает определение скорости кровотока в микрососудах по линейному смещению эритроцитов и лейкоцитов в микрососудах.

Наличие цифровых изображений позволяет выполнить квалифицированную оценку состояния микрососудов конъюнктивы глазного яблока и на этой основе сделать достоверную оценку состояния сосудистой системы организма в целом. Наибольшая достоверность достигается при разделении исследуемых параметров на четыре группы, каждая из которых раздельно характеризует гемодинамику в микрососудах, структурные изменения микрососудов, реологические изменения крови и барьерную функцию микрососудов.

Ранжирование исследуемых параметров, как минимум, по трем уровням в зависимости от степени изменения параметра дает возможность провести, по крайней мере, полуколичественную оценку состояния микроциркуляторного русла и микроциркуляции крови. Степень достоверности возрастает с увеличением количества уровней ранжирования, что можно достичь при компьютерной обработке изображения.

Достоверность оценки повышается, если по каждой из четырех групп признаков определяют интегральную характеристику изменения микроциркуляции крови как усредненное значение степени изменения всех параметров в данной группе, так как в этом случае усредняются предельные отклонения по одному из признаков.

Определение интегрального индекса конъюнктивальной микроциркуляции как усредненной суммы степени изменения параметров всех четырех групп признаков обеспечивает, как минимум, полуколичественную оценку общего состояния сосудистой системы организма. Кроме того, появляется возможность количественной оценки динамики изменения состояния кровеносно-сосудистой системы в ходе наблюдения за пациентом, в частности оценить эффективность метода лечения.

Технический результат от использования данного изобретения заключается в повышении уровня обслуживания пациентов за счет использования современных компьютерных технологий. Кроме того, появляется возможность привлечения к исследованиям сосудистой системы пациентов квалифицированных специалистов головных медицинских центров, так как передача изображения в цифровом формате на большие расстояния не представляет технических проблем. Кроме того, появляется возможность быстро оценить эффективность метода лечения непосредственно в ходе наблюдения за пациентом.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 представлено исходное изображение контрольного поля конъюнктивы глазного яблока; на фиг.2-4 показаны три последовательных промежуточных изображения; на фиг.5 и 6 показаны в увеличенном масштабе два изображения кровеносного микрососуда, сделанные с фиксированным интервалом времени между ними; на фиг.7, 8 и 9 представлены первые промежуточные изображения, иллюстрирующие конкретные примеры реализации способа.

При проведении биомикроскопического исследования микрососудов глазного яблока для получения изображения выбранного поля используют видеокамеру или цифровую фотокамеру с передачей изображения на компьютер с отображением его на экране монитора и записью снимка в память компьютера. Для подсветки конъюнктивы используются фотощелевые лампы.

Исходное изображение (фиг.1) имеет общий серый фон с той или иной оптической плотностью, связанный с конкретными особенностями освещения при регистрации конъюнктивы глазного яблока. Общий серый фон маскирует реальное изображение конъюнктивы глазного яблока. Используя известные компьютерные программы морфометрической обработки изображения, например программу "Image Tool" Техасского университета (США), определяют оптическую плотность фона, ступенчато уменьшают оптическую плотность всего изображения на величину плотности фона и получают первое промежуточное изображение, показанное на фиг.2, отображающее реальную ситуацию состояния микрососудов конъюнктивы глазного яблока.

На первом промежуточном изображении явно просматриваются затененные участки 1, оптическая плотность которых не менее чем на 10% превышает оптическую плотность остальной площади, указывая на нарушение барьерной функции микрососудов в данной зоне. Общая площадь затененных участков контрольного поля может определяться с помощью компьютерных программ или оцениваться визуально. После определения площади затененных участков их удаляют с изображения и получают второе промежуточное изображение, показанное на фиг.3, на котором ясно просматривается структура микрососудов контрольного поля (артериол 2, венул 3 и капилляров 4).

Используя второе промежуточное изображение, исследуют состояние капилляров конъюнктивы глазного яблока, в частности определяют количество функционирующих капилляров с выделением зон с повышенным и пониженным числом функционирующих капилляров. На приведенном изображении количество функционирующих капилляров не выходит за пределы допустимых отклонений.

По окончании исследования капилляров удаляют их изображение со второго промежуточного изображения, получая третье промежуточное изображение, на котором ясно просматриваются венулы и артериолы, что дает возможность без помех проводить исследование их состояния, в частности определить артериоло-венулярное соотношение диаметров, спазм артериол, неравномерность диаметра артериол и венул, расширение венул и т.п.

На третьем промежуточном изображении можно оценить реологические характеристики крови внутри венул и артериол. В частности, можно определить скорость кровотока в микрососудах, измерив линейное смещение эритороцитов (лейкоцитов) в кровеносном сосуде. На изображениях, показанных на фиг.5 и 6, отчетливо просматриваается линейное смещение эритроцита за время между двумя кадрами (0,3 с). Используя аналогичные увеличенные изображения, определяют зернистость потока эритроцитов, агрегацию эритроцитов (сладж-феномен), очаговый стаз, пристеночную адгезию лейкоцитов и другие реологические характеристики потока крови.

Результаты исследования микроциркуляции в конъюнктиве глазного яблока сводятся в таблицу 1 с разделением исследуемых характеристик на четыре группы, каждая из которых раздельно характеризует гемодинамику в микрососудах, структурные изменения микрососудов, реологические изменения крови и барьерную функцию микрососудов, с ранжированием степени изменения исследуемой характеристики (см. таблицу 1).

В заявке используется трехуровневое ранжирование степени изменения исследуемой характеристики (полуколичественная оценка) с изменением оценки степени изменения от нуля (при отсутствии изменения) до двух (при сильной степени изменения). При заполнении таблицы выделяется одна из трех цифр в соответствии со степенью изменения характеристики. При использовании компьютерных оценок по мере накопления данных можно перейти к чисто количественной оценке степени изменения исследуемой характеристики. При дальнейшей обработке результатов в каждой из четырех групп определяют интегральную характеристику изменения микроциркуляции крови как усредненное значение степени изменения всех параметров в данной группе, для чего суммируют полученные оценки и делят полученную сумму на восемь (предельная сумма оценки степени отклонений в баллах). Конечным результатом исследования является определение интегрального индекса конъюнктивиальной микроциркуляции (ИКМ) как усредненной суммы степени изменения параметров всех четырех групп признаков.

Для этого, например, суммируют все баллы в четырех группах и делят полученную сумму на 16 (максимальное количество баллов, которое можно набрать при принятой в качестве примера системе оценки). На практике для решения конкретных задач можно использовать меньшее количество групп, а также изменять количество признаков в группах, сохраняя усреднение оценок по каждой группе и в целом по группам.

Пример 1.

Исследовались микрососуды конъюнктивы глазного яблока больного 47 лет, диагноз - гипертоническая болезнь второй степени, А/Д: 160/90, ЧСС: 80 в 1'. На изображении явно выражены признаки спастической формы расстройств микроциркуляции, характеризующиеся резким спазмом артериол со снижением числа функционирующих капилляров. На увеличенных изображениях отмечается замедление кровотока и усиление агрегации эритроцитов. Явно выделяется нарушение барьерной функции сосудов. Достаточно высокое значение ИКМ (0,43) показывает существенные нарушения состояния сердечно сосудистой системы. Результаты исследования микроциркуляции в конъюнктиве глазного яблока приведены в таблице 2.

Пример 2.

Исследовались микрососуды конъюнктивы глазного яблока больной 56 лет, диагноз - гипертоническая болезнь третьей степени, А/Д: 180/100, ЧСС: 84 в 1'. На изображении явно выражены признаки спастико-атонической формы расстройств микроциркуляции, характеризующиеся ярко выраженным нарушением артериоло-венулярных соотношений диаметров микрососудов, расширением и повышенной извитостью венул.

Повышенная площадь затенения и высокая оптическая плотность зоны затенения показывают на нарушение барьерной функции микрососудов. На увеличенных изображениях отмечаются застойные явления в венулах и нарушения реологических характеристик кровотока. Высокое значение ИКМ (0,68) подтверждает, что степень нарушения состояния сердечно-сосудистой системы при гипертонической болезни третьей степени выше, чем у больных гипертонической болезнью второй степени. Результаты исследования микроциркуляции в конъюнктиве глазного яблока приведены в таблице 3.

Пример 3.

Наиболее высокое значение ИКМ (0,92) наблюдалось у больной гипертонической болезнью третьей степени при стазической форме растройств микроциркуляции (фиг.9), А/Д: 180/100, ЧСС: 80 в 1'. На изображении явно выражены многочисленные нарушения микроциркуляторного русла (снижение действующих капилляров, нарушение барьерной функции микрососудов, нарушение артериоло-венулярных соотношений диаметров микрососудов и т.д.). На увеличенных изображениях отмечаются многочисленные признаки реологических нарушений и резкое ослабление микроциркуляции. Результаты исследования микроциркуляции в конъюнктиве глазного яблока приведены в таблице 4.

Для реализации заявленного способа можно использовать любые современные персональные компьютеры, цифровые видео- или фотокамеры, фотощелевые лампы "Цейс" для подсветки зоны съемки или иное оборудование, выпускаемое отечественными и зарубежными производителями. Заявленный способ может быть использован как в лечебных, так и в профилактических целях во всех без исключения лечебных и оздоровительных медицинских учреждениях для взрослых и детей (стационары, поликлиники, медсанчасти, санатории, профилактории, здравпункты административных, учебных, промышленных учреждений, предприятий и заведений.