Новые методы исследования гемодинамики глаза и головного мозга у больных первичной открытоугольной глаукомой

Е.Н. Комаровских, В.И. Лазаренко
Красноярская государственная медицинская академия

Komarovskih E.N., Lazarenko V.I. New methods of investigation of eye and brain hemodynamics in patients with primary open-angle glaucoma.

Authors analyzed possibilities of usage with diagnostic purpose of various methods of computer rheogram processing and registration of hemodynamic changes in the eye under the influence of local cooling in patients with POAG.

Роль интраокулярных гемодинамических нарушений в патогенезе глаукомы признавалась еще глаукоматологами конца XIX - начала XX веков. Однако и во второй половине XX века характер вазомоторных расстройств при глаукоме во многом оставался неизвестным. Стандартная реоофтальмография не позволяла с достаточной полнотой оценить функциональное состояние сосудов глаз. Возможность появилась при разработке реографической пробы с умеренной локальной гипотермией глаза. При этом проводится непосредственная реографическая регистрация гемодинамических изменений, происходящих в глазу под воздействием охлаждения. На основании 4-кратной записи реограмм определяется тип нейроваскулярной реакции (НВР), отражающий тонус интраокулярных сосудов.

Цели исследования:

Изучение особенностей функционального состояния интраокулярных сосудов у больных начальной стадией ПОУГ. Разработка новых способов обработки реографических кривых с помощью искусственных нейронных сетей. Определение типа НВР у больных ПОУГ с помощью ИНС. Придание с помощью новых способов обработки диагностической ценности методам реоофтальмо- и реоэнцефалографии у больных ПОУГ.

Материалы, методы и результаты исследований. При обследовании больных начальной стадией открытоугольной глаукомы (162 глаза) было выявлено, что преобладает низкий сосудистый тонус - в 55,6% случаев отмечался гипотонический тип НВР.

Из их числа 26,5% пришлось на волнообразный вариант гипотонического типа, 12% - на собственно гипотонический и 17,1% - на гипоперфузионный варианты. Нормотонический тип НВР отмечен в 33,3%, гипертонический тип НВР - в 11,1% случаев. Таким образом, было доказано, что у больных глаукомой в начальной стадии преобладает низкий тонус интраокулярных сосудов.

Тогда же были изучены взаимоотношения между уровнем системного артериального давления и особенностями церебрального и интраокулярного кровотока в зависимости от уровня внутриглазного давления и тонуса интраокулярных сосудов. Корреляционный анализ выявил высокий уровень ауторегуляции интраокулярного кровотока при нормо- и гипотонусе (кроме гипоперфузионного варианта гипотонического типа НВР) и независимость его от уровня ВГД. При гипоперфузионном варианте НВР отмечены самые неблагоприятные особенности гемодинамики глаза и головного мозга.

С помощью искусственных нейронных сетей (программного продукта "NeuroPro 0,3>, Горбань А.Н., Царегородцев В.Г., 2000) мы предложили определение типа НВР глаз у больных ОУГ по двум реограммам - исходной и после гипотермии глаза. Правильное прогнозирование типа НВР глаз было в 60%. Таким образом, с помощью нейросетевого моделирования возможно упрощение методики функциональной реографии и определение типа НВР глаза.

Традиционно для обработки реографических кривых использовались количественный (математический) и качественный (визуальный) методы. Мы предположили, что при традиционных способах обработки теряется большой объем информации. Кроме того, реографические коэффициенты (показатели) не имеют диагностической ценности. Задачей исследования было максимально возможное полное использование информации, содержащейся в реографических кривых, с помощью спектральной и нейросетевой технологий. В качестве информативных параметров использовались коэффициенты разложения реографических кривых в ряд Фурье. С помощью разработанной программы "I See" (2000) были обработаны 800 реографических кривых.

Разложенные в ряд Фурье 170 реоофтальмограмм и 215 реоэнцефалограмм использовались для создания базы данных для нейросетевых экспертных систем. Построение классификационных моделей производилось при помощи программы-нейроимитатора "NeuroPro 0,3>.

Использование методики разложения в ряд Фурье и последующее нейросетевое тестирование позволяют обнаружить разницу между глаукомными и неглаукомными реограммами в 65-79% случаев, что свидетельствует о выявлении гемодинамических изменений, не обнаруживаемых при традиционном анализе.

В 2001 году была изучена возможность применения вейвлет-обработки реограмм. В нашем исследовании коэффициенты, полученные при вейвлет-разложении реограмм, использовались в качестве входных параметров нейросетевых классификационных моделей для распознавания глаукомы. Вейвлет-преобразование стремительно завоевывает популярность в разных областях, как новый перспективный метод цифровой обработки сигналов. С помощью разработанной программы "I Go" по вейвлет-разложению проведена обработка 167 реограмм. Для обработки реоофтальмо- и реоэнцефалограмм сформированы две базы данных с элементами в виде коэффициентов, полученных в результате прямого одномерного дискретного преобразования реограмм. Правильная идентификация примеров ИНС составила 65%. Кроме того, с помощью вейвлет-преобразования реограмма хорошо апроксимируется и может быть восстановлена с достаточно большой точностью.

Обсуждение. Углубленное исследование интраокулярного кровотока у больных начальной ОУГ выявило преобладание низкого тонуса сосудов глаз.

Применение искусственных нейронных сетей позволило различать реограммы, принадлежащие разным классам пациентов. Была доказана способность нейросетей правильно идентифицировать принадлежность их к здоровым или больным только по реографическим кривым.

Реограммы в виде коэффициентов разложения Фурье могут храниться в свернутом виде и при необходимости поддаются восстановлению в первоначальном виде с заданной точностью, что принципиально невозможно по стандартным реографическим показателям.

Новые методы обработки реографических кривых в сочетании с использованием ИНС позволили придать диагностическую ценность методу реографии в диагностике первичной открытоугольной глаукомы.

Полученные результаты позволяют рекомендовать реографическое исследование гемодинамики головного мозга и глаза в качестве одного из методов ранней диагностики ПОУГ.

Опубликовано с разрешения администрации  Русского Медицинского Журнала.