Методы и система оценки биомеханических характеристик структур глаза тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.17, кандидат наук Рубашова, Дарья Александровна

• Рубашова, Дарья Александровна
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Рубашова, Дарья Александровна

Содержание

4

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ СТРУКТУР ГЛАЗА

1.1. Строение зрительного анализатора

1.2. Патологии глазного яблока

1.2.1. Связь внутриглазного и внутричерепного давлений

1.2.2. Изменения диска зрительного нерва и решетчатой пластины при глаукоме

1.3. Измерение внутриглазного давления

1.3.1. Тонометр Маклакова

1.3.2. Тонометр Гольдмана

1.3.3. Динамический контурный тонометр

1.3.4. Источники ошибок в тонометрии

1.4. Биомеханические исследования состояния структур глаза

1.4.1. Исследование влияния биомеханических свойств структур глаза на результаты тонометрии

1.4.2. Аналитические исследования диска зрительного нерва и решетчатой пластины глаза

1.5. Экспериментальные исследования биомеханических свойств структур глаза

Выводы

ГЛАВА 2. БИОМЕХАНИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ СТРУКТУР ГЛАЗА С ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПАКЕТОВ ПРИКЛАДНЫХ

ПРОГРАММ

2.1. Построение моделей глаза при компрессии

2.2. Построение моделей структур диска зрительного нерва и решетчатой пластинки при градиенте внутриглазного и внутричерепного давлений

2.3. Построение модели роговицы и корнеосклеральной оболочки при исследовании внутриглазного давления по методу Маклакова

2.4. Сравнительный анализ точности вычислений

Выводы

ГЛАВА 3. БИОМЕХАНИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ СТРУКТУР ГЛАЗА В НОРМЕ И ПРИ ПАТОЛОГИИ

3.1. Биомеханический анализ состояния структур глаза при компрессии

3.2. Биомеханический анализ НДС структур диска зрительного нерва и решетчатой пластинки при градиенте внутриглазного и внутричерепного давлений

3.3. Биомеханический анализ состояния структур глаза при исследовании тонометрического внутриглазного давления по методу Маклакова в

норме и при патологии

Выводы

ГЛАВА 4. ИНФОРМАЦИОННОЕ И МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СИСТЕМЫ ОЦЕНКИ БИОМЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СТРУКТУР ГЛАЗА

Основные результаты работы

Заключение

Основные обозначения и сокращения

Литература

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Методы и система оценки биомеханических характеристик структур глаза»

Введение

Актуальность.

Внутриглазное давление (ВГД) является одной из важнейших характеристик глаза. Нарушения ВГД являются причиной снижения зрения и стойкой инва-лидизации огромного числа пациентов. Например, высокое ВГД при глаукоме приводит к специфической атрофии зрительного нерва и необратимой слепоте.

До настоящего времени актуальны вопросы стандартизации измерений ВГД, определения нормальных и патологических показателей ВГД и изучения влияния различных параметров глазного яблока на его величину. Существующие аппланационные методы измерения внутриглазного давления дают возможность измерить тонометрическое внутриглазное давление, но не учитывают индивидуальные особенности глаза пациента: толщины роговицы и склеры, их кривизн и их механических свойств. В то же время эти параметры глаза оказывают существенное влияние на результаты аппланационных методов тонометрии. Это искажает результаты измерений, приводя к запоздалой диагностике различных заболеваний, таких как глаукома, и к недостаточно обоснованной терапии.

Актуальность работы обусловлена необходимостью разработки и внедрения в клиническую практику методов оценки влияния геометрических параметров и механических свойств структур глаза на результаты аппланационной тонометрии и прогнозирования критического состояния диска зрительного нерва (ДЗН) при градиенте давлений и оценке состояния глазного яблока при внешних воздействиях.

Цель работы: разработка методического и информационного обеспечения системы оценки биомеханических характеристик структур глаза для повышения точности определения внутриглазного давления при тонометрии и прогнозирования критического состояния ДЗН при градиенте внутриглазного и внутричерепного давлений и состояния глазного яблока при внешних воздействиях.

Для достижения поставленной цели сформулированы следующие основные задачи:

1. Разработать биомеханические модели глаза для оценки влияния геометрических параметров и механических свойств структур глаза на показатели измерения ВГД по методу Маклакова в норме, при кератоконусе, миопии и ги-перметропии.

2. Разработать биомеханические модели ДЗН для исследования напряжений и перемещений в его структурах при градиенте внутриглазного и внутричерепного давлений.

3. Разработать биомеханические модели глазного яблока для исследования его напряженно-деформированного состояния в норме и при патологических изменениях, при различных внешних воздействиях.

4. Разработать информационное обеспечение системы оценки биомеханических характеристик структур глаза для повышения точности определения то-нометрического ВГД по методу Маклакова.

5. Разработать методическое обеспечение системы оценки критического состояния диска зрительного нерва при градиенте внутриглазного и внутричерепного давлений и состояния структур глазного яблока при внешних воздействиях.

6. Провести сопоставление с клиническими экспериментальными данными результаты проведенных исследований с целью оценки их точности.

Методы исследования. В работе использованы методы теории механики твердого деформированного тела, методы моделирования на основе компьютерных программ SolidWorks, Mimics и метод конечных элементов.

Научная новизна:

1. Разработаны биомеханические модели глаза, позволяющие определять тонометрическое ВГД при различных геометрических параметрах и механических свойствах структур глаза в норме, при патологии.

2. Разработаны биомеханические модели ДЗН, позволяющие исследовать напряженно-деформированное состояние при градиенте внутриглазного и внутричерепного давлений.

Я Создана методика исследования напряжений и перемещений в структурах глазного яблока и ДЗН, позволяющая прогнозировать критическое состояние их структур.

4 Разработано информационное обеспечение, позволяющее определять тонометрическое внутриглазное давление с учетом геометрических параметров и механических свойств структур глаза пациента.

5. Разработано методическое обеспечение, позволяющее, на основе компьютерного моделирования, исследовать состояние ДЗН.

Достоверность полученных результатов обеспечивается: корректностью постановки задач, сравнением аналитических и численных результатов, согласованностью результатов исследования с теоретическими и экспериментальными результатами и данными других авторов.

Практическую ценность работы составляют:

1. Биомеханический метод исследования тонометрического ВГД, позволяющий учитывать геометрические параметры и механические свойства структур глаза.

2. Биомеханические модели глаза и ДЗН в норме и при патологических изменениях.

3. Биомеханический метод исследования напряженно-деформированного состояния структур глаза и ДЗН в норме и при патологии.

4. Информационное обеспечение системы для повышения точности определения внутриглазного давления при тонометрии по методу Маклакова.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Разработанные биомеханические модели глаза позволяют рассчитать тонометрическое внутриглазное давление с учетом влияния геометрических параметров и механических свойств его структур.

2. Использование биомеханического компьютерного метода исследования напряженно-деформированного состояния, возникающего в структурах ДЗН, позволяет оценить его критическое состояние при градиенте внутриглазного и внутричерепного давлений.

3i Разработанное информационное обеспечение системы оценки биомеханических характеристик структур глаза, позволяет врачу-офтальмологу определять тонометрическое ВГД с учетом геометрических параметров и механических свойств структур глаза пациента.

Внедрение результатов:

Результаты исследований, включающие информационное и методическое обеспечение системы оценки биомеханических характеристик структур глаза внедрены в клиническую практику Офтальмологического отделения №1 С-Пб ГУЗ «Городская многопрофильная Больница №2». Также результаты работы внедрены в учебный процесс: 1) в лекционный курс и практические занятия дисциплины «Биомеханическое моделирование объектов протезирования»; 2) в раздел методического пособия «Биомеханическое моделирование объектов протезирования» (автор Бегун П.И.).

Апробация работы: Основные научные и практические результаты работы докладывались и обсуждались на 9 всероссийских и международных научно-технических конференциях, в том числе: Международная конференция по мягким вычислениям и измерениям (конкурс «УМНИК»). Тема доклада: «Компьютерное моделирование и биомеханические исследования состояния структур глаза в норме и при патологических изменениях», СПб, СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2009 г.; Третий всероссийский форум студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука и инновации в технических университетах». Тема доклада: «Компьютерное моделирование и биомеханический анализ состояния структур глаза при индивидуальных вариациях геометрических и механических параметров», СПб, Политехнический университет, 2009 г.; Научно-практическая конференция с международным участием «Биомеханика глаза -2009». Тема доклада: «Биомеханические исследования состояния структур глаза при индивидуальных вариациях геометрических и механических параметров», Москва, Институт глазных болезней им. Гельмгольца, 2009г.; Общероссийская научно-практическая конференция молодых ученых на английском языке. Тема доклада: «Biomechanical study of еуе structures with individual variation of géométrie and mechanical parameters». Москва, Институт глазных

7

болезней им. Гельмгольца, 2009г.; VII Международный симпозиум «Электроника в медицине. Мониторинг, диагностика, терапия». Тема доклада: «Компьютерное моделирование и биомеханический анализ состояния структур глаза при измерении внутриглазного давления», СПб, 2010 г.; Политехнический симпозиум «Молодые ученые - промышленности северо-западного региона». Тема доклада: «Биомеханическое моделирование и анализ состояния структур глаза», СПб, Политехнический университет, 2010 г.; Награждена грамотой за лучший доклад; Четвертый всероссийский форум студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука и инновации в технических университетах». Тема доклада: «Компьютерное моделирование и биомеханический анализ состояния структур глаза», СПб, Политехнический университет, 2010 г. Награждена дипломом за лучший доклад; Всероссийская научная школа для молодежи "Биомедицинская инженерия" "БМИ-2010" Тема доклада: «Биомеханическое исследование состояния структур роговицы в норме и при патологии», СПб, СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2010 г.; X Международный симпозиум «Электроника в медицине. Мониторинг, диагностика, терапия». Тема доклада: «Моделирование и исследование состояния структур человеческого организма при различных внешних воздействиях», СПб, 2012г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 научных работ [41-56], в том числе 6[41-46] опубликованы в ведущих рецензируемых научных изданиях и журналах, определенных ВАК.

Структура и объем: Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы, включающего 85наименований. Работа содержит 174 страницы, 126 рисунков и 4 таблицы.

1.АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ СТРУКТУР ГЛАЗА

1.1 Строение зрительного анализатора

Зрительный анализатор состоит из глазного яблока, строение которого схематично представлено на рис. 1.1, проводящих путей и зрительной коры головного мозга.

Рисунок 1.1— Схема строения глаза: 1 - склера, 2 - сосудистая оболочка, 3 - сетчатка, 4 - роговица, 5 - радужка, 6 - ресничная мышца, 7 - хрусталик, 8 - стекловидное тело, 9 - диск зрительного нерва, 10 - зрительный нерв, 11 - желтое пятно

Глазное яблоко имеет почти шаровидную форму примерно 2,5 см в диаметре. Он состоит из нескольких оболочек, из них три - основные: склера - внешняя оболочка, сосудистая оболочка - средняя, сетчатка - внутренняя.

Склера имеет белый цвет с молочным отливом, кроме передней ее части, которая прозрачна и называется роговицей. Сосудистая оболочка (средний слой) содержит кровеносные сосуды, по которым кровь поступает для питания глаза. Наружная, или фиброзная, оболочка глазного яблока представлена плотной эластичной тканью, 5/6 ее составляет непрозрачная часть - склера и 1/6 прозрачная часть - роговица. Место перехода роговицы в склеру называется лимбом. Фиброзная оболочка выполняет защитную, формообразующую и тургорную функции, к ней прикрепляются глазодвигательные мышцы[25].

Роговица выполняет оптическую функцию, являясь основной преломляющей средой глаза. Роговица состоит из 5 слоев: переднего эпителия, передней пограничной мембраны (боуменовой оболочки), собственного вещества роговицы, задней пограничной мембраны (десцеметовой оболочки) и заднего эпителия или эндотелия (рис. 1.2) [23].

ние роговицы. В зоне лимба, имеющего ширину около 1 мм, спереди имеется неглубокая бороздка. Толщина склеры неодинакова в разных участках: у заднего полюса глаза она равна 1 мм, у края роговицы - 0,6 мм. Наименьшая толщина склеры определяется под сухожилиями глазных мышц. Эти участки глазного яблока наименее устойчивы при травмах глаза, особенно тупых, здесь часто возникают разрывы склеры. Другими слабыми местами являются эмиссарии (отводные каналы) передних цилиарных артерий в 3—4 мм от лимба и решетчатая пластинка в области выхода зрительного нерва. У новорожденных склера сравнительно тонкая (0,4 мм) и более «эластичная» чем у взрослых. С возрастом она утолщается. В центре заднего отдела склера представлена многослойной решетчатой пластинкой, через которую проходят зрительный нерв и сосуды сетчатки [25].

Лимб роговицы или край роговицы — место сочленения роговицы со склерой, область шириной около 1 мм. В области лимба происходит слияние трех совершенно разных структур - роговицы, склеры и конъюнктивы глазного яблока. Лимбальная зона богато васкуляризирована за счет передних ресничных артерий (ветви мышечных артерий), которые на расстоянии 2-3 мм от нее отдают веточки не только внутрь глаза, но и еще в трех направлениях: непосредственно к лимбу

По данным литературы в 95% случаев толщина центральной зоны роговицы в норме колеблется от 477 до 611 мкм [66], при этом среднее её значение в зависимости от популяции составляет от 520 мкм до 579 мкм [73].

Рисунок 1.2 - Структура роговицы

Склера - непрозрачная часть фиброзной капсулы глаза, продолже-

(образуют краевую сосудистую сеть), эписклере и прилежащей конъюктиве. По окружности лимба расположено густое нервное сплетение, образованное длинными и короткими ресничными нервами [16].

Диск зрительного нерва(ДЗН) - округлое образование, диаметром 1,5-2 мм (рис. 1.3), с выходящими в центре него сосудами, центральной артерией и веной сетчатки, расположенное на глазном дне кнутри от заднего полюса глаза [31].

Рисунок 1.3 — Схема диска зрительного нерва: 1 — макула сетчатки; 2 — физиологическая экскавация диска; 3 — сетчатка; 4 — сосудистая оболочка; 5 — склера; 6 — твердая мозговая оболочка; 7 — паутинная оболочка; 8 — мягкая оболочка; 9 — центральные сосуды сетчатки; 10 — решетчатая пластинка

ДЗН существенно отличается от других отделов зрительного нерва. Его длина (около 1 мм) составляет всего 2% общей протяженности нерва. ДЗН состоит из нервных волокон и опорной ткани. Количество нервных волокон варьирует от 800 ООО до 1 200 000 и постепенно уменьшается с возрастом. Нервные волокна группируются в обособленные пучки, каждый из которых выходит из глаза через отдельную систему отверстий в решетчатой пластинке (РП) склеры. Аксоны перегибаются при переходе из полости сетчатки в направлении ствола зрительного нерва и образуют в середине ДЗН углубление в форме воронки или котла (физиологическая экскавация) [23,25].

Решетчатая пластина (РП) - основная опорная структура для ДЗН. В структуре самой РП прослеживается пластинчатость в виде 6-10 слоев, ориентированных перпендикулярно ходу нервных волокон. РП прикрывает склеральное отверстие зрительного нерва сзади и служит главной опорой для проходящих через нее нервных волокон. Несмотря на кажущуюся прочность пластины, именно

она является самым слабым местом в капсуле глаза. Пластинки, в совокупности составляющие многослойную мембрану, перфорированы и по всей её толщине образуют систему микроканальцев. Через эти микроканальцы проходят нервные волокна. Толщина пластины - 0,1-0,35 мм, а диаметр равен 1,2 - 1,7 мм. РП играет важную роль в балансе ВГД и внутричерепного давления (ВЧД). Она должна быть перфорированной и вместе с тем эластичной, чтобы не ущемлять нервные волокна при колебании ВГД. К основным белковым компонентам РП относят коллаген и ламинин. Прочность пластины обусловлена коллагеном I типа, а эластичность обеспечивается присутствием коллагена III типа. Прочность пластины неравномерна, она более прочна в поперечном направлении (от виска к носу), чем в продольном. Также прочность РП возрастает в направлении спереди назад, то есть от внутренних пластин к наружным (по отношению к полости глаза). Периферические участки пластины менее прочные. Это связано с наличием именно в этих местах пластины особенно крупных пор и довольно тонких соединительнотканных перемычек между ними (рис. 1.4) [38].

При повышении ВГД появляется отечность зрительно-нервных аксонов, их дезорганизация, остановка аксоплазматического тока и другие явления, которые ведут за собой атрофию зрительного нерва. Происходят они именно в области РП. Прогрессирование экскавации (прогиба) - ее размеров, глубины, изменение конфигурации - также нередко предшествует увеличению дефектов поля зрения [16,23]. В исследованиях [64,65] измерен диаметр центральной артерии сетчатки (ЦАС). Он равен 0,18мм. На основании этих данных можно предположить размеры остальных отверстий в РП. Если допустить, что РП пронизывает четыре вида отверстий

12

Рисунок 1.4 - Микроархитерктура решетчатой пластины

и соотнести их радиусы с радиусом ЦАС - гцас, тогда Гх= 1/2гцас, г2= 1 /4гцаС5 Гз=1/8гцас, г4=1/16гцас..

Костная глазница является вместилищем для глазного яблока (рис. 1.5). Через ее полость проходят зрительный нерв, глазодвигательные мышцы, леватор верхнего века, фасциальные образования, кровеносные сосуды, двигательные и

Рисунок 1.5 - Схема строения соединительнотканных образований глазницы: 1 - глазное яблоко; 2 - зрительный нерв; 3 - сухожильное кольцо; 4 - мышцы глазного яблока; 5 - хрящ века; 6 - коньюктивапьный мешок; 7 - надкостница глазницы; 8 - глазничная перегородка; 9 -мышечные фасции; 10 - фасциальные перегородки; 11 - жировое тело глазницы; 12 - фасциальные волокна к надкостнице глазницы; 13 - теннонова капсула глаза; 14 - эписклеральное пространство; 15 - перегородка тенноновой капсулы

чувствительные нервы. Каждая глазница имеет форму усеченной четырехгранной пирамиды, обращенной вершиной в сторону черепа под углом 45° к сагиттальной плоскости. Глубина ее у взрослого человека 4-5 см, горизонтальный поперечник у входа - около 4 см, вертикальный - 3,5 см [25]. Полость глазницы заполнена жировым телом, которое заключено в тонкий апоневроз и пронизано соединительнотканными перемычками, делящими его на мелкие сегменты. Благодаря пластичности жировая ткань не препятствует свободному перемещению проходящих через нее глазодвигательных мышц (при их сокращении) и зрительного нерва (при движениях глазного яблока) [57].

Тенонова капсула одевает почти все глазное яблоко, за исключением роговицы, и место выхода из него зрительного нерва. Имеет наибольшую плотность и толщину (до 2,5-3,0 мм) в области экватора глаза, где через нее проходят сухожилия глазодвигательных мышц на пути к местам своих прикреплений к поверхности склеры. По мере приближения к лимбу тенонова капсула истончается и постепенно теряется в подконъюнктивальной ткани. В местах пересечения экстраокулярными мышцами она отдает им достаточно плотную соединительнотканную обертку. Из этой же зоны отходят и плотные тяжи, связывающие тенонову капсулу с надкостницей стенок и краев глазницы (рис. 1.6).В целом они образуют коль-

Рисунок 1.6 - Схема фасциального аппарата правой глазницы, вид спереди. 1 - мышца, поднимающая верхнее веко; 2 - основание поднимателя верхнего века; 3 - верхняя косая мышца; фасциальная растяжка внутренней прямой мышцы; 5 - внутренняя прямая мышца; 6 - связка Локвуда; 7 - нижняя косая мышца; 8 - фасциальная растяжка нижней косой мышцы; 9 -нижняя глазничная щель; 10 - фасциальная растяжка наружной прямой мышцы; 11 - наружная прямая мышца; 13 - фасциальная растяжка верхней прямой мышцы; 14 - фасциальная растяжка между верхней прямой мышцей и мышцей поднимающей верхнее веко

цевидную мембрану, которая параллельна экватору глаза и удерживает его в глазнице в стабильном положении. Наиболее мощными являются фасциальные растяжки медиальной, латеральной и верхней прямых мышц глаза, а также леватора верхнего века. Причем фасциальные обертки двух последних мышц фактически сливаются, отдавая отростки к верхнему конъюнктивальному своду. Под глазным

яблоком расположен еще один крупный фасциальный тяж, играющий роль его подвешивающей связки [23,25,57].

Эписклеральное пространство глаза представляет собой систему щелей в рыхлой эписклеральной ткани [25]. Оно обеспечивает глазному яблоку возможность свободного движения в определенном объеме.

Причинами значительного и раннего понижения зрения являются, как правило, врожденные глаукома (буфтальм, гидрофтальм, высокое внутриглазное давление), катаракта (помутнения хрусталика), аномалии развития глазного яблока (микрофтальм) и отдельных его структур (микрокорнеа, аниридия, кератоконус и др.) (рис 1.7) [57], а также дистрофические и атрофическис процессы на глазном дне и в зрительном нерве [19,37,39].

Рисунок 1.7 - Схемы аномалии размеров и формы роговицы (а) - те§а1осотеа при гидроф-тальме (пунктиром обозначены размеры здорового глаза); (б) и (г) - тотальная и частичная ро-говичная стафилома (рубцово-сморщенная радужка спаяна с патологической тканью); (в) - передний кератоконус

В случае если в оптической системе глаза есть нарушения, то в таких глазах

1.2 Патологии глазного яблока и его структур

б

г

появляются и развиваются близорукость (миопия), дальнозоркость (гиперметро-

15

пия), а также астигматизм, связанные с отсутствием попадания четкого изображения предметов на сетчатку. Миопия - это сильная рефракция, параллельные оптической оси лучи фокусируются перед сетчаткой (рис. 1.8, в).Гиперметропия -слабая рефракция, оптической силы не достаточно и параллельные оптической оси лучи фокусируются за сетчаткой (рис. 1.8, б). Астигматизм - наличие в одном глазу двух видов рефракции или одного вида рефракции, но разной степени преломления. Причиной развития близорукости признается слабость цилиарной мышцы, в ответ на это глаз в период своего роста удлиняется по переднезадней оси. Большое значение придается фактору повышенного ВГД, которое у миопов в 70% случаев выше 16,5 мм рт. ст., а также склонность склеры к остаточным деформациям, что и приводит к увеличению объема и длины глаза при миопии высокой степени.

Рисунок 1.8 - Схемы преломления лучей света в нормальном (а), дальнозорком (б) и близоруком (в)глазах

При кератоконусе у роговицы изменяется радиус кривизны и толщина центральной зоны. В конечном итоге она истончается и принимает конусовидную

форму (рис. 1.7). Выделяют три стадии развития кератоконуса: при первой стадии кератокоиуса отмечается снижение остроты зрения, радиус кривизны роговицы уменьшается до 7,5-7,2 мм, толщина центральной зоны роговицы - до 0,48 мм; при второй стадии заболевания прогрессирует деформация роговицы, уменьшается ее радиус кривизны до 7,1-6,75 мм, толщина центральной зоны роговицы - до 0,44 мм; при третьей стадии роговица еще больше истончается, ее радиус уменьшается до 6,7-6,0 мм, толщина центральной зоны роговицы - до 0,40 мм [23,57].

Среди причин слепоты глаукома занимает одно из первых мест. Патологические механизмы, приводящие к возникновению и прогрессированию глаукомы, до сих пор не до конца изучены. В середине XIX века практически одновременно возникли две различные точки зрения на процесс развития глаукоматозной атрофии зрительного нерва: одна из них предполагала сосудистую природу заболевания, другая говорила о механической природе развития атрофии зрительного не-рва[40]. В настоящее время сохраняются обе эти точки зрения. Общепринятыми становятся биомеханические факторы течения глаукомы, связанные с изменением соотношения внутриглазного и внутричерепного давления.

По определению В.В. Волкова [16], «глаукома - это прежде всего специфическое нарушение зрительных функций от сдавливания нервных волокон, обусловленное выпячиванием решетчатой мембраны из полости глаза». В месте выхода зрительного нерва из полости глаза склеральная оболочка очень тонкая и имеет отверстия в области, называемой решетчатой пластиной. По мнению Нестерова [33]: «глаукома - большая группа заболеваний глаза, характеризующаяся постоянным или периодическим повышением ВГД, вызванным нарушением оттока водянистой влаги из глаза».

Ранняя диагностика первичной глаукомы исключительно важна. Выявление глаукомы на ранних стадиях развития патологического процесса во многом определяет эффективность лечения и прогноз в целом. Ведущее значение в диагностике глаукомы имеют определение уровня внутриглазного давления. В настоящее время существует множество методик измерения ВГД. Но ни одна современная методика не учитывает индивидуальные параметры глаза, следовательно опреде-

ляет инструментальное ВГД, которое зависит от множества факторов. Что делает важным исследование влияния индивидуальных характеристик глаза на результаты измерения ВГД [16,33,34].Существенно также исследование деформации ДЗН, а в частности решетчатой пластины глаза при различных соотношениях внутриглазного и внутричерепного давлений, оценку влияния механических характеристик, неоднородности пластины на характер ее деформации, предрасположенность различных решетчатых пластин к глаукоматозным повреждениям.

1.2.1 Связь внутриглазного и внутричерепного давлений

Взаимоотношения между внутриглазным и внутричерепным давлениями давно привлекает внимание многих исследователей. Из экспериментов Волкова В.В. и Коровенкова Р.И. [16] следует, что тканевое давление в зрительном нерве и межоболочечных пространствах оказалось близким к внутричерепному давлению (в зависимости от положения тела колеблется от 6 - 10 мм рт. ст.) и ориентировочно на 10 мм ниже истинного внутриглазного давления, составляющего в норме 1220 мм. рт. ст.

Основной перепад от ВГД к тканевому давлению в зрительном нерве происходит в слое РП толщиной всего 400 мкм. Причем на глубине около 300 мкм уровень тканевого давления в зрительном нерве уже не зависит от ВГД, но зависит от окружающего давления жидкостей в межоболочечных пространствах зрительного нерва, которое практически соответствует давлению в боковых желудочках мозга. Замечено, что чем больше индивидуальные показатели давления цереброспинальной жидкости, тем выше показатели тканевого давления в зрительном нерве. Следовательно, ВЧД и ВГД формируют трансмембранный градиент тканевого давления в зрительном нерве. Аксоны зрительного нерва на выходе из глаза на уровне РП даже в норме испытывают на себе резкий перепад давления [16,34].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Рубашова, Дарья Александровна, 2013 год

Литература

1. Абушек, Г.В. Напряженно-деформированное состояние составной мягкой сферической оболочки, предварительно нагруженной внутренним давлением / Г.В.Абушек // Вестн. С.-Петербург. Ун-та. Сер.1, вып. 1., 2008. - С. 85-92.

2. Аветисов, С.Э. Исследование влияния биомеханических свойств роговицы на показатели тонометрии / С.Э. Аветисов, И.А. Бубнова, A.A. Антонов // Биомеханика глаза. Сборник научных трудов. - М., 2009. - С. 72-75.

3. Аветисов, С.Э. Современные возможности прижизненной оценки биомеханических свойств роговицы / С.Э.Аветисов, И.А. Бубнова // Современные методы диагностики и лечения заболеваний роговицы и склеры. Сборник научных статей под ред. С.Э. Аветисова и Я.О. Груши. - М., 2007. - С. 236-240.

4. Аветисов, Э.С. Биомеханические исследования патогенеза миопии/ Э.С. Аветисов, E.H. Иомдина // Труды межд. симп. Близорукость, нарушения рефракции, аккомодации и глазодвигательного аппарата. М., 2001. - С. 8-10.

5. Алямовский, A.A. SolidWorks компьютерное моделирование в инженерной практике / A.A. Алямовский, A.A. Собачкин, Е.В. Одинцов и др. - СПб.: БХВ -Петербург, 2005 - 800 с.

6. Амбарцумян, С.А. Теория анизотропных пластин / С.А. Амбарцумян. - М.: Наука, 1987. - 315с.

7. Бауэр, С.М. Простейшие мотели теории оболочек и пластин в офтальмологии / С.М. Бауэр, Б.А.Зимин, П.Е. Товстик // Изд-во С.-Петерб. Ун-та., 2000 г. -92 с.

8. Бауэр, С.М. Физический анализ измерения внутриглазного давления методом Маклакова/ С.М. Бауэр, Е.А. Любимов, П.Е. Товстик // Биомеханика глаза. Сборник научных трудов. М., 2004. - С. 91-96.

9. Бауэр, С.М. Математическое моделирование метода Маклакова измерения внутриглазного давления/ С.М. Бауэр, Г.А. Любимов, П.Е. Товстик // Известия РАН «Механика Жидкости и Газа». -2005. - №1. - С. 24-39.

10. Бауэр, С.М.О влиянии толщины роговицы на показатели внутриглазного давления при измерении ВГД аппланационными методами / С.М. Бауэр, А.Б. Ка-чанов, Б.Н. Семенов, Е. Слесорайтите // Биомеханика глаза. Сборник научных трудов. М. - 2007. - С. 119-123.

11. Бауэр, С.М.О математическом моделировании измерения внутриглазного давления при тонометрии по методу Маклакова / С.М. Бауэр, Б.А. Зимин, У.Н. Ко-лежук, А.Б. Качанов, Г.А. Любимов // Биомеханика глаза. Сборник научных трудов. М. - 2005. - С. 121-122.

12. Бауэр, С.М. О математической модели оценки внутриглазного давления по методу Маклакова / С.М. Бауэр, A.C. Типясев // Вестн. С.-Петерб. Ун-та. Сер. 1. -2008. - Вып. 4. - С. 60-65.

13. Бауэр, С.М. Модели теории оболочек и пластин в офтальмологии/ С.М. Бауэр, Б.А. Зимин, П.Е. Товстик. -СПб.: Изд-во СПбГУ, 2000. - 92 с.

14. Бегун, П.И. Биомеханика: Учебник для вузов /П.И. Бегун, Ю.А. Шукейло. -СПб.: Политехника, 200. - 463 с.

15. Биомеханическое моделирование объектов протезирования: учебное пособие / Бегун, П.И. - СПб.: Политехника, 2011. - 464 с.

16. Волков, В.В. Глаукома при псевдонормальном давлении: руководство для врачей / В.В. Волков. - М.: Медицина, 2001. - 350 с.

17. Воронкова, Е.Б. О деформации решетчатой пластины глаза при глаукоме / Е.Б. Воронкова, Е.В. Краковская// Математические методы и биомеханика в современном университете, труды IV всероссийской школы-семинара, 2-6 июня 2008, изд-во Ростов-на-Дону. - С. 17.

18. Воронкова, Е.Б. Об особенностях деформирования решетчатых пластин/ Е.Б. Воронкова, A.A. Романова // Биомеханика глаза. Сборник научных трудов. М. - 2004. - С. 99-102.

19. Глазные болезни: учебная литература для студентов мед. Вузов/ под ред. В.Г. Копаевой. - М.: Медицина, 2002. - 560 с.

20. Григолюк, Э.И. Перфорированные пластины и оболочки/ Э.И. Григолюк, JI.A. Филынтинский. - М.: Наука, 1970. - 556 с.

167

21. Золотухина, J1.А. О деформации многослойной решетчатой пластинки диска зрительного нерва / Л.А. Золотухина // Российский журнал биомеханики. - 2008.-№4 (42).-С. 40- 46.

22. Иомдина, E.H. Биомеханика склеральной оболочки глаза при миопии: диагностика нарушений и их экспериментальная коррекция, дис. ... д-ра. биол. наук: 01.02.08/ Иомдина Елена Наумовна. - М., 2000. - 319 с.

23. Кански, Д. Клиническая офтальмология: Систематизированный подход. Пер. с англ./Д. Кански - М.: Логосфера, 2006. - 744с.

24. Карамшина, Л.А. Механические модели аппланационной тонометрии с учетом многослойности роговицы / Л.А. Карамшина // Российский журнал биомеханики. - 2011. - Т. 16, № з. _ с. 37-44.

25. Клинические лекции по офтальмологии: учебное пособие / Е.А. Егоров, С.Н. Басинский; ГЭОТАР-МЕДИА, 2007. - 288 с.

26. Краковская, Е.В. О приложении теории оболочек к некоторым задачам офтальмологии / Е.В. Краковская // Российский журнал биомеханики,-2006. -№1 -С. 52-58.

27. Краковская, Е.В. Изменение деформации решетчатой пластинки диска зрительного нерва после декомпрессионных операций / Е.В. Краковская // Биомеханика глаза. Сборник научных трудов. М. - 2009. - С. 134-137.

28. Любимов, Г.А. Математическое моделирование тонографического метода исследования глаза с учетом упругих характеристик фиброзной оболочки и возможные пути повышения его информативности/ Г.А. Любимов, В.П. Еричев, А.И. Акопян, E.H. Иомдина, И.Н. Моисеева, A.A. Штейн// Современные методы диагностики и лечения заболеваний роговицы и склеры. Сборник научных статей под ред. С.Э. Аветисова... Я.О. Груши. - М., 2007. - С. 279-282.

29. Любимов, Г.А.О роли ригидности оболочки глазного яблока в процессе формирования внутриглазного давления/ Г.А. Любимов // Глаукома. М.-2006. -№2. - С. 64-67.

30. Любимов Г.А. О тоиометрических методах измерения внутриглазного давления/ Г.А. Любимов // Биомеханика глаза. Сборник научных трудов. М. - 2005. -С. 127-135.

31. Малая медицинская энциклопедия. — М.: Медицинская энциклопедия. 1991-96 гг.

32. Математические модели и компьютерное моделирование в биомеханике: учеб. Пособие / под ред. A.B. Зинковского, В.А. Пальмова. - СПб. : Изд-во Политехи. ун-та, 2004. -С. 439-470.

33. Нестеров, А.П. Глаукома/ А.П. Нестеров. -М. : Медицина, 1995. - 256с.

34. Нестеров, А.П. Начальная глаукома и гипертензия глаза. Материалы многолетних наблюдений за группой больных с повышенным внутриглазным давлением/ А.П. Нестеров, И.Н Черкасова, Г.Г. Астраленко // Вестник офтальмологии. -1980. - №3. - С. 45-49.

35. Нестеров, А.П. Внутриглазное давление. Физиология и патология/ А.П. Нестеров, А.Я. Бунин, Л.А. Кацнельсон. - М.: Наука, 1974. - 380 с.

36. Нестеров, А.П. Калибровочные таблицы для эластотонометра Филатова-Кальфа / А.П. Нестеров, М.Б. Вургафт // Вестн. офтальмол. - 1972. -№ 2. - С. 20-25.

37. Новохатский, A.C. Заболевание глаз при патологии вегетативной нервной системы: руководство для врачей / A.C. Новохатский, B.C. Понаморчук. - Киев: Здоровье, 1990. - 278 с.

38. Панормова, Н.В. Морфологическое изучение соединительнотканного каркаса зрительного нерва при открытоугольной глаукоме и сосудистой патологии организма / Н.В. Панормова // Вестник офтальмологии. - 2002. - №6. - С. 55-61.

39. Потемкин, В.В. Толщина роговицы как фактор риска первичной открыто-угольной глаукомы: дис. ...канд. мед.наук: 14.00.08 / Потемкин Виталий Витальевич. - СПб., 2009. - 134 с.

40. Пригожина, А.Л. Патологическая анатомия и патогенез глауком: руководство для врачей / А.Л. Пригожина. -М. : Медицина, 1991. - 367с.

41. Рубашова, Д.А. Биомеханическая система для анализа структур глаза / П.И. Бегун, Д.А. Рубашова // Известия ЮФУ. Технические науки. - 2009. - №9. - С. 21- 26.

42. Рубашова, Д.А. Биомеханические исследования состояния структур глаза / П.И. Бегун, Д.А. Рубашова // научно-производственный журнал Биотехносфера. -2011. - №3. - С. 23-26.

43. Рубашова, Д.А. Биомеханическое моделирование и информационные технологии исследования состояния структур человеческого организма / П.И. Бегун, Д.А. Рубашова, О.В. Щепилина // Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ». - 2011. - №9. -С. 119-125.

44. Рубашова, Д.А. Исследование влияния механических свойств и геометрических параметров роговицы на результаты тонометрии / Д.А. Рубашова // Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ». - 2013. - №2. - С. 106-113

45. Рубашова, Д.А. Исследование влияния кератоконуса на результаты тонометрии по методу Маклакова / Д.А. Рубашова // Российский журнал биомеханики. -2013. - Т. 17, №2 (60). - С. 84 - 92.

46. Рубашова, Д.А. Алгоритм и автоматизированный способ определения истинного тонометрического давления глаза при измерении по методу Маклакова / П.И. Бегун, Д.А. Рубашова// Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ». - 2013. - №7. - С. 103-109

47. Рубашова, Д.А. Компьютерное моделирование и биомеханический анализ состояния структур глаза при индивидуальных вариациях геометрических и механических параметров / Д.А. Рубашова // Третий всероссийский форум студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука и инновации в технических университетах»: мат. конф. - СПб.: Изд-во Политех. Университета, 2009. - С. 6-7.

48. Рубашова, Д.А. Компьютерное моделирование и биомеханические исследования состояния структур глаза в норме и при патологии / Д.А. Рубашова // Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ». - 2009. - №10. - С. 53-60.

49. Рубашова, Д.А. Биомеханические исследования состояния структур глаза при индивидуальных вариациях геометрических и механических параметров /

Д.А. Рубашова // 63-я научно-техническая конференция профессорско-преподавательского состава университета: сборник докладов. - СПб.: Изд. СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2010. - С. 269-274.

50. Рубашова, Д.А. Компьютерное моделирование и биомеханический анализ состояния структур глаза / Д.А. Рубашова // Четвертый всероссийский форум студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука и инновации в технических университетах»: мат. конф. - СПб.: Изд-во Политех. Университета, 2010. - С. 12-13.

51. Рубашова, Д.А. Методология биомеханического моделирования состояния структур человеческого организма / П.И. Бегун, Е.А. Лебедева, М.Ю. Оганисян, Д.А. Рубашова, О.В. Кривожихина // Труды кафедры биомеханики: сборник статей. - СПб., 2010. - Вып. 4. - С. 17- 25.

52. Рубашова, Д.А. Биомеханические исследования состояния структур глаза при индивидуальных вариациях геометрических и механических параметров / П.И. Бегун, Д.А. Рубашова // Биомеханика глаза - 2009: сбор.материалов конф. -М.: ФГУ «Московский научно-исследовательский институт глазных болезней им. Гельмгольца Росмедтехнологий», 2009. - С. 98-102.

53. Рубашова, Д.А. Разработка информационных технологий исследования состояния структур человеческого организма / П.И. Бегун, А.Ю. Кириленко, Д.А. Рубашова, О.В. Щепилина, М.М. Альмахрук, В.А. Назаров // Труды кафедры биомеханики университета имени П.Ф. Лесгафта. - 2011. - Вып. 5. - С. 5 -13.

54. Рубашова, Д.А. Биомеханические анализ состояния структур глаза при нагрузочных пробах / Д.А. Рубашова // 64-я научно-техническая конференция профессорско-преподавательского состава университета: сборник докладов. -СПб.: Изд. СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2011. - С. 222-227.

55. Рубашова, Д.А. Связь научных исследований в биомеханике и содержание лабораторных работ в дисциплинах по биомеханике / П.И. Бегун, Д.А. Рубашова // 9 научно-практическая конференции «Veda a vznik - 2012/2013» мат. конф. -Praha: Publishing House «Education and Science», 2012/2013. - C. 21-24.

56. Рубашова, Д.А. Исследование влияния свойств структур глаза на результаты аппланационной тонометрии / П.И. Бегун, Д.А. Рубашова // Труды кафедры биомеханики: сборник статей. - СПб., 2012. - Вып. 6. - С. 3-10.

57. Сомов, Е.Е. Клиническая анатомия органа зрения человека/ Е.Е. Сомов. -М.: МЕДпресс-информ, 1997. - 141 с.

58. Сорочинская, Т.А. Значение изменений поля зрения в диагностике глаукомы / Т.А. Сорочинская // Вестник офтальмологии. - 2001. - №7. - С. 65 - 68.

59. Сорочкин, Е.К. Об эффективности повторной тонометрии и погрешности измерения тонометрических объектов / Е.К. Сорочкин //ВО. - 1981. - N 3. - С.45-47

60. Типясев, А.С. Модели теории оболочек в задачах измерения внутриглазного давления: дис...канд. физ-мат. наук: 01.02.04 / Типясев Альберт Сергеевич. -СПб., 2009. - 91 с.

61. Филиппова, О.М. Транспальпебральная тонометрия: новые возможности регистрации внутриглазного давления/О.М. Филиппова// Глаукома. -2004. -№ 1. -С. 35-38.

62. Шамшимова, A.M. Фукциональные методы исследования: руководство для врачей / A.M. Шамшимова, В.В. Волков. -М. : Медицина, 1998. - 256с.

63. AIGS Consensus on Intraocular Pressure. Draft Statement The Measurement of Intraocular Pressure. Preliminary Report - 2007. - P. 49.

64. Bellezza, A.J. The Optic Nerve Head as a Biomechanical Structure: Initial Finite Element Modeling / A.J. Bellezza, R.T. Hart C.F. Вurgoyne //Arch. Ophthalmol. -2000. - V. 41. - No. 10. -P. 2991.

65. Bellezza, A.J. Deformation of the Lamina Cribrosa and Anterior Scleral Canal Wall in Early Experimental Glaucoma /A.J. Bellezza, C.J. Rintalan, H.W. Thompson// Arch. Ophthalmol. - 2003. -V. 44. - No.2. -P. 623.

66. В urgoyne, C.F. The optic nerve head as a biomechanical structure: a new paradigm for understanding the role of IOP-related stress and strain in the pathophysiology of glaucomatous optic nerve head damage / C.F. В urgoyne, J.C. Downs, A.J. Bellezza // Arch. Ophthalmol. - 2005. - V. 39. - No.73. - P. 40.

172

67. David, A. L. Determining in vivo biomechanical properties of the cornea with an ocular response analyzer / A. L. David //J Cataract Refract Surg. - 2005. - 31. - R 156-162.

68. Douthy, M.J. Human corneal thickness and its impact on intraocular pressure: A review and meta-analysis approach / M.J. Douthy, M.L. Zaman// Surv. Ophthalmol. -2000. - Vol. 44. - P. 367-408.

69. Downs, J.C. Viscoelastic material properties of the peripapillary sclera in normal and early-glaucoma monkey eyes / J.C. Downs, J.K. Suh, K.A. Thomas, A.J. Bellezza, R.T. Hart, C.F. Burgoyne //Invest Ophthalmol Vis Sci. - 2005. - 46. - P. 540-546.

70. Ehlers, N. Applanation tonometry and central corneal thickness / N. Ehlers, T.Bramsen, S. Sperling//ActaOphtalmol. (Copenh.). - 1975. - Vol. 53. - P. 34-43.

71. Eisenberg, D.L.Tonometry in adults and children. A manometric evaluation of pneumatonometry, applanation, and TonoPen in vitro and in vivo /D.L. Eisenberg, B.G.Sherman, C.A.McKeown//Ophthalmology. - 1998. - Vol. 105. - P. 1173-1181.

72. Goldmann, H.Uberapplanations tonometry / H. Goldmann, T. Schmidt // Oph-thalmologica- 1957. - 134. - P. 221-242.

73. Liu,J. Influence of corneal biomechanical properties on intraocular pressure measurement Quantitative analysis /J. Liu, J.C. Roberts //JCRS 31. - 2005. - Vol. 1. -P. 146-155

74. Ljubimova, D. Biomechanics of the Human Eye and Intraocular Pressure Measurements. Technical reports from Royal Institute of Tecnology Department of Mechanics. - Stockholm, Sweden, August 2009. - 200 p.

75. Nemesure, B.Corneal Thickness and Intraocular Pressure in the Barbados Eye Studies /B. Nemesure, S.-Y.Wu, A.Hennis,M. C.Leske //Arch Ophthalmol. - 2003. -Vol. 121. - P. 240- 244.

76. Quigley, H. Distribution of axonal transport blockade by acute intraocular pressure elevation in the primate optic nerve head / H. Quigley, D. Anderson // Inv. Oph-thalm Vis. Sci. - 1977. - Vol. 16, No. 7. - P. 640-644.

77. Rogers, D.L. Central corneal thickness and visual field loss in fellow eyes of patients with open-angle glaucoma / D.L.Rogers, R.N.Cantor, Y. Catoira et al. //Am J Ophthalmol. - 2007. - Vol. 143. - P. 159-161.

78. Shah, S. Accurate intraocular pressure measurement - the myth of modern ophthalmology? /S. Shah//Ophthalmology. - 2000. - Vol. 107. - P. 1805-1807.

79. Shawartz, N.J. A theoretical and experimental study of the mechanical behavior of the cornea with application to the measurement of intraocular pressure / N.J.Shawartz, R.S.Mackay, J.L.Sackman //Bulletin of Mathematical Biology. - 1996. -Vol. 28. - P. 585-643.

80. Sachsenweger, R.: Augenmuskellahmungen, EinHandbuchfurOphthalmologen, Neurologen und Intemisten / R.Sachsenweger. -Leipzig, Germany: VEB G. Thieme, 1966.

81. Srodka, W. Biomechanical model of human eyeball and its applications / W.Srodka //OpticaApplicata - 2009. - Vol. 39. - No. 2. - P. 401-413.

82. Swindale, N.V. Automated analysis of normal and glaucomatic ONH topography images /N. V. Swindale, G. Stepanovic, A. Chin et al. //Inv. Ophtalm Vis. Sci. - 2000. -Vol. 41. - P. 1730-1742.

83. Tonnu, P.-A.The influence of central corneal thickness and age on intraocular pressure measured by pneumotonometry, non-contact tonometry, the Tono-Pen XL, andGoldmannapplanation tonometry / P.-A.Tonnu, T.Ho, T. Newson et al. // British Journal of Ophthalmolog. - 2005. -Vol. 89. - P. 851-854.

84. Whitacre, M.M. The effect of corneal thickness on applanation tonometry /M.M. Whitacre, R.A. Stein, K.HassaneinJ. Am //Ophthalmol. - 1993. - Vol. 115. - P. 592596.

85. Yan, D.B. Deformation of the lamina cribrosa by elevated intraocular pressure / D.B. Yan, F.M. Coloma //British Journal of Ophthalmology. - 1994. - V. - 78. - P. 643- 648.