До недавнего времени фотографирование офтальмологической патологии было ограничено наличием в учреждениях дорогостоящего оборудования, однако с выходом на мировой рынок смартфонов появилась возможность делать снимки высокого качества, не имея специального оборудования, как в поликлинических условиях, так и на выездах или пунктах экстренной помощи [39]. По данным исследователей eMarketer, общее количество смартфонов, находящихся в активном пользовании на планете, к 2016 г. превысит 2-миллиардную отметку и составит 2,16 млрд. против 1,9 млрд. в 2015-м и 1,6 млрд. устройств в 2014 г. В процентном соотношении к 2018 г. пользователей смартфонов станет больше, чем других мобильных устройств (рис. 1). В то же время, по мнению экспертов Analysys Mason, общее число пользователей смартфонов вырастет в три раза за ближайшие пять лет и превысит отметку в 3,4 млрд. к 2017 г. [4].
Анализ литературы в поисковой системе PubMed выявил рост количества публикаций по запросу «smartphones in ophthalmology» начиная с 2010 г. с пиком, приходящимся на 2014–2015 гг., что связано с постоянным совершенствованием оптики смартфонов, разработкой широкого профиля офтальмологических программ на самые распространенные мобильные операционные системы – IOS и Android [39, 41, 34] и перехода медицинских учреждений на электронные базы данных [1, 2]. Кроме того, все большее количество студентов-медиков поколения миллениалов начинает свою врачебную практику, что делает вопрос внедрения мобильных цифровых технологий в работу врача-офтальмолога особенно актуальным. Так, согласно опросу, проведенному American Society of Cataract and Refractive Surgery, 83% офтальмологов используют смартфоны или веб-совместимые устройства [14].
Рис. 3. Поле визуализации в зависимости от положения камеры смартфона относительно окуляра щелевой лампы (соотношение разрешения фотографий 1:1). Камера смартфона расположена: a – на фокусном расстоянии (увеличение х40); b – за фокусом (увеличение х25); c – перед фокусом (увеличение х25)
Рис. 4. Неофтальмологические адаптеры
В связи с чем целью данной работы явилось создание концепта комплексной модели на основе модификации и оптимизации существующих цифровых и технологических возможностей, описанных в мировой литературе, которая позволит снизить процент гипо- и гипердиагностики, увеличив процент выявляемости заболеваний на ранних стадиях их развития, и минимизировать экономические потери на оказание высокотехнологичной медицинской помощи.
Для осуществления цели были поставлены следующие задачи:
• разработать концептуальную модель адаптера на смартфон, отвечающего требованиям клинической практики врача-офтальмолога;
• разработать концептуальную модель программного обеспечения на смартфон, расширяющего профессиональные возможности врача-офтальмолога и повышающее качество его клинической работы.
Поиск литературы проводился с использованием следующих комбинаций в условиях поиска системы PubMed и общей сети Интернет: «смартфоны в офтальмологии», «смартфоны в медицине», «адаптер на щелевую лампу», «smartphones in ophthalmology», «digital ophthalmology» и «slit lamp adapter». В общей сложности в исследование было включено 44 источника, описывающих применение смартфонов в офтальмологической практике, из них 22 посвящены конструкциям адаптеров, 6 – описанию методик фоторегистрации с использованием смартфонов, 7 – программному обеспечению с офтальмологическим профилем и настройкам камер, 6 – проблеме конфиденциальности медицинских данных и интеллектуальной собственности и др. Последний поиск произведен 19.01.2016 г.
Адаптеры
Для облегчения описания, конструкции адаптеров были условно разделены на следующие группы:
По назначению:
• адаптеры на щелевую лампу. Фоторегистрация переднего отрезка глаза, его защитно-вспомогательного аппарата (ЗВА) и глазного дна;
• адаптеры для внешней съемки:
• фоторегистрация переднего отрезка глаза и его ЗВА;
• фоторегистрация глазного дна;
• комбинированные адаптеры;.
По типу фиксации на щелевой лампе:
• посредством замены окуляра щелевой лампы на окуляр адаптера;
• посредством фиксации к окуляру щелевой лампы.
Большинство существующих адаптеров рассчитано на фиксацию смартфонов к щелевой лампе (рис. 2). Принципиально, по типу установки они разделяются на фиксируемые к одному из окуляров щелевой лампы (рис. 2а [16], b [3], c [19], e [37], f [17], g [20], h [38]) и заменяющие их (рис. 2d [35]).
Последние, несмотря на удобство монтажа, требуют наличия в наборе нескольких окуляров (поскольку щелевые лампы разных производителей отличаются внутренним диаметром тубуса) и не удобны для постоянного пользования. Что касается адаптеров первого типа, то, на наш взгляд, оптимальным вариантом являются те из них, которые закрепляются посредством механизма по типу «клипса» [16, 17] с возможностью смещения в переднезаднем направлении для регулировки фокусного расстояния камеры смартфона, неправильная установка которого значительно сужает поле визуализации(рис. 3).
Основным недостатком большинства адаптеров является чехол фиксированного размера, рассчитанный под конкретную модель смартфона, что ограничивает их широкое применение [3, 16, 19, 20, 37, 38]. Высокая стоимость готовых адаптеров и желание докторов иметь возможность выполнения качественной фото- и видеосъемки вынуждает к созданию аналогов рыночных адаптеров своими руками, например, представленные Jan Bond Chan с соавт. [20] и на офтальмологическом портале EyeWiki [38].
Немалый интерес вызвали адаптеры, разработанные для устройств, изначально не имеющих отношение к офтальмологической практике – микроскопов, биноклей и телескопов (рис. 4), схожие метрические параметры их окуляров и окуляров, используемых на щелевых лампах, позволяют использовать их не по прямому назначению, а применительно к офтальмологическому оборудованию. Привлекательность представленных моделей объясняется удобством их монтажа посредством автоматических механизмов(рис. 4a [45], g [7]), разнообразием и универсальностью отдельных конструкций (рис. 4b. [30], c [25], d [36], g [7], h [9]). Модели e [27] и f [18] (рис. 4), несмотря на фиксированные диаметры креплений и размеры чехлов, демонстрируют собой оригинальные конструкции с минимальным использованием материала, что облегчает общий вес адаптера.
Подавляющее меньшинство было представлено адаптерами, предназначенными для съемки, не требующей наличия щелевой лампы(рис. 5): David Myung с соавт. описали конструкцию, рассчитанную на получение изображений исключительно переднего отрезка глаза и имеющего макролинзу с дополнительным источником освещения(рис. 5a [12]); два адаптера-штатива под установку бесконтактной линзы для съемки глазного дна (рис. 5c [15], d [11]); полноценная компактная оптическая фундус-система D-EYE (рис. 5e [29])и комбинированный адаптер для съемки переднего и заднего отрезков глаза (рис. 5b [8]). Немаловажное значение имеет вопрос фототоксичности источников освещения смартфонов, особенно если при этом используется собирающая линза. По данным исследования David Y. Kim с соавт. [13], фотодиоды мобильных устройств безопасны как для внешней иллюминации, так и при использовании линз для исследования глазного дна. В их эксперименте тепловое воздействие на сетчатку составило 4,6 мВт/см² , что в 150 раз меньше порогового значения в 706 мВт/см² , а с точки зрения фотохимического повреждения энергетическая экспозиция оказалась в 240 раз меньше допустимого порога (10 Дж/см² ) – 41 мДж/см² , что укладывается в нормы, регламентируемые ISO 15004-2:2007 (Ophthalmic instruments. Fundamental requirements and test methods. Part 2: Light hazard protection). Комбинированных адаптеров, совмещающих возможность фоторегистрации посредством щелевой лампы и без нее, нами найдено не было. Отдельно стоит выделить продукт компании «ion IMAGING» (рис. 6)[28]. Данную разработку трудно отнести к классическим адаптерам для смартфонов, поскольку она интегрирована в оптическую систему подобно зеркальным фотоаппаратам в профессиональных фотощелевых лампах. В качестве эксперимента в рамках данной работы была разработана конструкция адаптера с фиксацией позади окуляров. Основная идея модели заключалась в быстром восстановлении рабочей бинокулярной функции щелевой лампы без необходимости полного демонтажа адаптера (рис. 7).
Для создания пробной модели использовались: монопод (позволяет закреплять смартфоны любых габаритов и регулировать фокусное расстояние и центровку), поликапролактон (полимер, поддающийся свободной трансформации при нагревании до 60 Со), крепежный материал (винты с гайками) и изолента. Поликапролактон заливался в подготовленную форму, с последующей шлифовкой и обмоткой застывшей массы. После монтажа адаптер позволил без труда выполнять фото- и видерегистрацию (рис. 8).
Программное обеспечение
В начале XXI в. смартфоны использовались в качестве персональных ассистентов, однако в настоящее время они являются ценным инструментом в работе врача-офтальмолога. С их помощью можно показывать образовательное видео, клинические фотографии, диаграммы, что облегчает инструктаж пациента и его родственников об имеющемся заболевании и возможных вариантах лечения [21, 31, 32, 34, 43, 47]. На данный момент существует более 300 приложений офтальмологического профиля на различные мобильные платформы [39, 41], способные собирать, сортировать и предоставлять в удобной для пользователя форме необходимую информацию, что позволяет эффективно использовать время врача. Jay Chhablani с соавт. [21] выделили следующие основные направления используемых офтальмологических программ:
Тестирование. Комплекс инструментов клинико-функциональной оценки, включающий таблицу для определения остроты зрения, цветочувствительности, контрастной чувствительности, сетку Амслера, синий экран для оценки распределения флуоресцеина, фиксационную цель со звуковой поддержкой для детей и т.д. Несмотря на то, что эти инструменты не заменяют кабинета врача со стандартизованными условиями, они могут оказаться весьма полезными при посещении пациентов на дому или в условиях стационара.
Образование пациента. Обучение пациента является важной частью его ведения, которое можно осуществлять с помощью показа демонстративного видеоматериала, таблиц, схем и т.д
Образование врача. Анкеты для часто встречающихся заболеваний, список диагнозов, основные положения рандомизированных исследований, информация о доступных клинических испытаниях и т.п.
Рабочие инструменты врача. Правовые стандарты, классификации, права медицинского работника и т.п.
Калькуляторы. Расчет риска развития глаукомы, оптической силы ИОЛ, транспозиции и т.п.
Рис. 7. Опытная модель адаптера: a – рабочий вид; b, c, d – адаптер в собранном состоянии; e – центрация и установка камеры на фокусное расстояние
Рис. 8. Снимки, выполненные на камеру Samsung SM-G925F при помощи опытной конструкции адаптера: a – поликория; b – задний эмбриотоксон; c – чешуйчатый блефарит; d – аденовирусный кератит
Самым распространенным способом решения проблемы постановки диагноза является консультирование с более опытными специалистами своего отделения, либо, если такая возможность отсутствует, дистанционно, посредством электронных средств связи – мессенджеров, телефонных или видеозвонков. Sundaram Natarajan и Akshay Gopinathan Nair описывают способ применения группового общения в пределах клиники через мессенджер «WhatsApp» для более быстрого и эффективного взаимодействия сотрудников, которое может повысить качество диагностики и лечения [40], однако передача любой информации пациента через незащищенный канал может привести к раскрытию его личности [44]. Большинство пациентов не против, чтобы их глаза фотографировали во время исследования, но, тем не менее, ни одно информированное согласие не описывает возможность передачи полученных данных через Интернет коллегам [40]. В связи с чем необходимо создание правовой базы, способной защитить конфиденциальность пациента.
В рамках данного исследования была разработана концептуальная модель диагностического блока мобильного приложения, представляющего из себя систему посимптомного поиска (рис. 10)и контроля постановки диагноза.
В начале работы с программой пользователь отмечает выявленные патологические изменения (симптомы) в представленном иерархическом списке (при этом вариант нормы находится в интуитивной доступности). Далее программа выполняет поиск совпадений в базе данных и формирует из них вероятностный рейтинговый список заболеваний, выбирая которые пользователь получает информацию о характерном для данной патологии наборе симптомов (в рейтинговом порядке), общую информацию о заболевании (этиология, патогенез), код международной классификации болезней (МКБ), необходимые и рекомендуемые диагностические исследования и базовые группы лекарственных препаратов. Рейтинг симптомов имеет цветовую индикацию и может быть построен на выбор в двух вариантах: по приоритету пропущенных симптомов или вероятности симптомов для конкретного заболевания. Показ необозначенных пользователем симптомов необходим для контроля качества осмотра.
В случае сомнения о правильности самостоятельно поставленного диагноза, пользователь может проверить качество своего осмотра, выбрав в окне поиска необходимое заболевание. При этом в результате поиска под последним расположится рейтинговый список заболеваний со схожей симптоматикой. На данный момент модель находится в стадии разработки.
Решающее значение в качестве получаемых снимков играют техника выполнения фото- и видеорегистрации, настройки параметров камеры и уровень постобработки. По мнению ряда авторов, для получения качественных снимков предпочтительнее использовать видеозапись с активной вспышкой (коаксиальное освещение) или дополнительным боковым освещением [34] (если используется щелевая лампа) с последующим извлечением удачных кадров посредством создания скриншотов [6, 10, 23, 26, 31, 33]. Это объясняется сложностью настройки неподготовленными пользователями правильного соотношения диафрагмы, выдержки и светочувствительности (ISO). При этом камера должна быть переключена в режим ручной фокусировки, что позволит избежать трудностей захвата четкого изображения. В качестве методов постобработки можно использовать существующие мобильные приложения с опциями увеличения четкости и кадрирования, тогда как инструментами цветокоррекции пользоваться не рекомендуется, поскольку последние могут исказить реальную картину патологических изменений.
Рис. 9. Трудности специалистов в начале их профессиональной деятельности (площадка онлайн-опроса – vk.com/eye.latest_news)
Рис. 10. Модель диагностического блока мобильного приложения: поиск по симптомам.
• адаптивность крепления смартфона – возможность адаптации крепления под смартфоны любых габаритов;
• мобильность крепления адаптера к окуляру – легкость установки, возможность смещения в переднезаднем направлении;
• эргономичность и компактность – использование легкого, тонкого и прочного материала, не мешающего руке и пользователю щелевой лампы и занимающего минимальное количество места;
• модульность конструкции адаптера – возможность выполнения фото- и видеосъемки переднего и заднего отрезков глаза с щелевой лампой и без нее.
А также требования к программному обеспечению:
• мультизадачность – возможность параллельной информационной поддержки врача-офтальмолога и пациента;
• адаптированное под офтальмологическую патологию рабочее пространство камеры смартфона – ручной фокус, режимы с предустановленными настройками для съемки разных отделов глазного яблока и ЗВА, регулируемый уровень освещения;
• постобработка фотографий и видеоплеер с функцией покадрового просмотра для создания скриншотов;
• безопасность данных – авторизация, использование защищенных каналов связи.
Таким образом, в вышеизложенном анализе литературы описаны основные типы адаптеров на смартфоны, представленных на мировом рынке, их преимущества, недостатки и возможности применения, что позволило начать разработку универсальной конструкции, которая создаст необходимые условия для качественной фото- и видеорегистрации офтальмологической патологии в любых рабочих условиях. Описаны направления разрабатываемого в настоящее время программного обеспечения, расширяющего возможности врачаофтальмолога и оптимизирующего его работу.
На данный момент использование смартфонов в практике российских врачей-офтальмологов еще не получило широкого распространения, однако представленное в мировой литературе разнообразие конструкций адаптеров и мобильных приложений демонстрирует высокий уровень интереса мирового офтальмологического сообщества к данной проблеме, что говорит об их большом потенциале и актуальности внедрения в повседневную практику врача.
Сведения об авторах
Мушкова Ирина Альфредовна – докт. мед. наук,заведующая отделом лазерной рефракционной хирургии ФГАУ «МНТК «Микрохирургия глаза» им. акад. С.Н. Федорова» Минздрава РФ
Майчук Наталия Владимировна – канд. мед. наук, старший научный сотрудник отдела лазерной рефракционной хирургии ФГАУ «МНТК «Микрохирургия глаза» им. акад. С.Н. Федорова» Минздрава РФ
Для контактов
Демчинский Андрей Михайлович – аспирант отдела лазерной рефракционной хирургии ФГАУ «МНТК «Микрохирургия глаза» им. акад. С.Н. Федорова» Минздрава РФ, 127486, Москва, Бескудниковский бульвар, д. 59а. Тел.: (985) 975-75-41 Е-mail: demchinsky@mail.ru
