Участие в Ежегодной всероссийской научной конференции молодых ученых «Актуальные проблемы офтальмологии» в рамках научно-практической конференции "Федоровские чтения"

О НЕОБХОДИМОСТИ ПЕРЕСМОТРА ИНТЕРПРЕТАЦИИ ДЕНСИТОМЕТРИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ ПРОЗРАЧНОСТИ РОГОВИЦЫ

Нарбут М. Н. , Егорова Г. Б. , Бубнова И. А. , Патеюк Л. С. , Рещикова В. С. ,

Козлов О. К. , Новиков И. А. , Аветисов С. Э.

Работа выполнена на базе ФГБНУ «НИИ глазных болезней», ул. Россолимо, 11 А, Б, 119021 Москва.

Актуальность

После появления биомикроскопии светорассеяние роговицы оценивалось субъективно, и только в конце XX века стали появляться работы посвященные денситометрическому анализу яркости оптического среза — попытке количественного описания светорассеивающей способности сред роговицы [11].

В настоящий момент, для неинвазивного исследования прозрачности роговицы используют приборы, основанные на принципе денситометрии оптических срезов, либо на измерении интенсивности интегрального отражения (рефлектометрии). Рефлектометрические методы исследования тканей роговицы появились сравнительно недавно с развитием конфокальных (в том числе и лазерных когерентных) методов микроскопии, однако золотым стандартом остается не потерявший своей актуальности денситометрический метод анализа яркости оптического среза [1, 2]. На современном уровне техники денситометрический анализ прозрачности роговицы реализован как опция при кератотопографических иследованиях на камерах типа Шаймпфлюга. А современная интерпретация денситометрических данных основана на предложенных физических и математических моделях роговицы [8]. Исследования, используемые для интерпретации данных светорассеяния, зачастую раскрывают тонкие оптические взаимодействия ткани и светового пучка [4, 7, 9].

Однако данные литературы указывают на то, что даже в тех случаях, когда физико-математическая модель предполагает многослойное строение роговицы, каждая ее ткань рассматривалась отдельно, без учета оптического взаимодействия при светорассеянии. Не учитываются также и естественные геометрические пропорции роговицы, ее сферическая форма. По нашим данным в ряде случаев это приводит к ложной оценке получаемых данных.

Цель работы — на основе математического моделирования процесса взаимодействия светового пучка с двуслойной системой эпителий-строма оценить влияние интенсивности светорассеяния в пределах эпителия на ложную добавленную яркость стромы при денситометрических измерениях.

Материалы и методы

Была сформирована разновозрастная группа (87 человек, 174 глаза), состоящая в равных долях из группы условно-здоровых лиц, без системных патологий, и гетерогенной группы пациентов без клинического изменения прозрачности роговицы но с назначениями инстилляций препаратов в конъюнктивальную полость. Оценки светорассеяния в первой подгруппе проводились в произвольном режиме, а во второй подгруппе — в течении 200 секунд после инстилляций, что обеспечивало предположительную реакцию глазной поверхности, локализованную только на уровне эпителия (быстрый ответ эпителия на инстилляции лекарственных средств).

Оценка светорассеяния проводилась с использованием Pentacam (США). Для каждого исследуемого человека из группы записывалась денситометрическая кривая и оценивалась яркость в максимуме соответствующем эпителию, в верхней строме, в средней строме и вблизи эндотелия.

Учитывая, что анализируемая выборка включала в себя данные денситометрических измерений роговицы клинически здоровых лиц в совокупности с данными пациентов при изменениях, локализованных как правило только на уровне эпителия (быстрый ответ эпителия на инстилляции лекарственных средств или химическую травму), то реально существующая связь прозрачности эпителия и стромы в данной выборке представляется весьма сомнительной. Более вероятно, что при денситометрическом анализе оптического среза роговицы возникает один или несколько оптических эффектов, приводящих к мнимому увеличению яркости стромы в условиях повышенной рассеивающей способности эпителия.

Результаты.

При изучении денситометрических кривых, характеризующих изменение светорассеивающих свойств роговицы в объеме, мы установили парадоксальную корреляцию (R=0, 86; p=0, 013; N=174) между максимумом светорассеяния на эпителии и средним значением светорассеяния стромы. Удалось создать физико-математическую модель, учитывающую взаимодействия светового пучка с двуслойной системой эпителий-строма, для оценки влияния интенсивности светорассеяния в пределах эпителия на добавленную яркость стромы при денситометрических измерениях.

Предлагаемая физико-математическая модель полностью объясняет корреляционную связь «прозрачности» стромы с прозрачностью эпителия. Кривая с постепенным снижением денситометрической яркости от эпителия в строме также соответствует нашей оценке взаимного влияния светорассеяния на уровне слоев.

При толщине роговицы 500 мкм и наиболее распространенном радиусе кривизны (когда R = 7, 5), и в условиях полного рассеяния всего проходящего света на условном эпителии, погрешность применения упрощенного вычисления равна 3, 4%.

При аналогичных параметрах, если эпителий рассеивает ровно половину мощности, а вторая половина проходит в строму не отклоняясь, то вычисленная нами ложная добавочная яркость стромы на оптическом срезе будет более 30%.

Если эпителий рассеивает 20% света, что близко к физиологическому значению, то ложная добавочная яркость стромы на оптическом срезе будет более 12%.

Кроме того созданная математическая модель объясняет эффект сильного возрастания дополнительной светимости стромы при приближении к эпителию. Получаемый профиль кривой весьма схож с реальной денситометрической кривой (рис. 1), за исключением того, что реальный пик функции под эпителием не бесконечен, а несколько сглажен, в частности за счёт того, что плёнка эпителия, дающая первоначальное рассеивание, не является абсолютно тонкой и разрешение регистрирующего прибора имеет конечный физический шаг.

Обсуждения

Подробный анализ существующих физико-математических моделей взаимодействия пучка света с веществом роговицы не выявил возможных причин корреляции прозрачности эпителия и стромы [5, 6, 10]. Одна из возможных причин - отсутствие среди задаваемых при моделировании параметров тех величин, которые отражают вероятностные характеристики светорассеяния и геометрическую пропорциональность многослойной роговичной модели.

Уникальное сочетание оптических свойств эпителиального слоя роговицы — светопропускания, обеспечивающего правильную светопроекцию на сетчатке, и повышенной способности к светорассеянию, приводит к возникновению эффекта ложной добавленной яркости стромы на оптическом срезе, описываемого в созданной нами математической модели. При этом, ложная избыточная светимость стромы будет возникать и при условии, что эпителий на поверхности роговицы рассеивает не весь свет, а лишь некоторую его долю, а остальная часть мощности по-прежнему проходит в строму по кратчайшему пути [3].

Резюме.

Проведено исследование влияния интенсивности светорассеяния в пределах эпителия роговицы на ложную добавленную яркость стромы при денситометрических измерениях. Сформирована разновозрастная группа из 87 человек (174 глаза), состоящая в равных долях из группы условно-здоровых лиц и гетерогенной группы пациентов без клинического изменения прозрачности роговицы, но с назначениями инстилляций препаратов в конъюнктивальную полость. Оценки светорассеяния в первой подгруппе проводились в произвольном режиме, а во второй подгруппе — в течении 200 секунд после инстилляций лекарственных средств. Установлена парадоксальная корреляция (R=0, 86; p=0, 013; N=174) между максимумом светорассеяния на эпителии и средним значением светорассеяния стромы и на основании этого создана физико-математическая модель, учитывающая взаимодействия светового пучка с двуслойной системой эпителий-строма.

Ключевые слова: роговица, система эпителий-строма, денситометрия, светорассеивание.

Список используемой литературы:

1. Minsky M. Memoir on inventing the confocal scanning microscope, Scanning, 1998, vol. 10, p. 128 – 138
2. Tavakoli M. , Hossain P. , Malik R. Clinical applications of corneal confocal microscopy, Clinical opht. , 2008, №2, p. 435-445
3. Аветисов С. Э. , Егорова Г. Б. , Федоров А. А. и др. Конфокальная микроскопия роговицы. Сообщение 1. Особенности нормальной морфологической картины, Вестник офтальмологии, 2008, №3, стр. 3 – 5
4. Дзюба С. А. "Разработка и адаптация новых физических методов и их применение для исследования химического строения и свойств веществ и процессов на молекулярном, надмолекулярном и микроскопическом уровнях", стр. 121-129
5. Катаргина Л. А. , Шестова Ю. П. , Денисова Е. В. "Способ определения степени активности эндогенных увеитов у детей на основании данных конфокальной микроскопии роговицы", стр 3-8
6. Макаров И. А. "Объективные квантитативные математические методы анализа изображений в диагностике заболеваний переднего отдела глаза"
7. Папаев, А. В. "Исследование анизотропных оптических свойств и динамики иммерсионного просветления различных биотканей", 2007 г
8. Тучин В. В. “Исследование биотканей методами светорассеивания”, 1997г.
9. Щёлоков, Р. В. "Эллипсометрическое исследование оптических свойств роговицы глаза", 2006 г.
10. Шленская О. В. , Куликова И. Л. , Паштаев Н. П. Плотность кератоцитов и интенсивность светорассеяния после кераторефракционных операций у детей по данным конфокальной микроскопии. Практическая медицина 04 (12) Офтальмология. Том 2, 2012 г.
11. Шульпина Н. Б. , Биомикроскопия, глаза, Монография. М.: "Медицина" 1966г. , стр 73-113

.