Принцип операции по сетчатке глаза

Аутентификация по сетчатке глаза — это одна из биометрических технологий, используемая для проверки подлинности личности.
Тип биометрической технологии, который рассматривается в данной статье, использует физиологический параметр — уникальность сетчатки глаза. Данный метод часто путают с аутентификацией по радужной оболочке глаза, однако это совершенно другой способ аутентификации.

История[править | править код]

Первые упоминания об использовании сетчатки в качестве средства для проверки и идентификации восходят к 1930-м годам. Первое научное исследование было проведено доктором Карлтоном Саймоном и доктором Изодором Гольдштейном. В своей работе они предположили, что из-за различного распределения кровеносных сосудов сетчатка обладает структурой, уникальной для каждого человека, а значит может быть использована в качестве средства подтверждения личности.

Следующее научное исследование, которое подтвердило уникальность сетчатки, было проведено в 1950-х годах ученым, известным как доктор Пол Тауэр. Благодаря его работе было обнаружено, что даже у близнецов структура сетчатки различна. Более того, как и радужная оболочка глаза, сетчатка практически не изменяется в течение жизни человека, за исключением случаев болезни или слепоты.

Таким образом, распознавание по сетчатке является очень надежной системой биометрической аутентификации по сравнению с такими, как распознавание лиц или отпечатков пальцев.

Процесс распознавания сетчатки[править | править код]

В отличие от других биометрических способов, для распознавания сетчатки требуется большое количество требований от пользователя для сбора высококачественных данных. Необходимо, чтобы пользователь находился в непосредственной близости от устройства сканирования сетчатки. В этом состоит большое различие с распознаванием радужной оболочки, когда данные можно собирать с очень большого расстояния.

Процесс можно разбить следующим образом.

Сбор и обработка данных[править | править код]

На этом первом этапе человек должен зафиксировать свой глаз перед небольшим приемником. Отсюда инфракрасный световой луч затем излучается в глаз, чтобы полностью осветить сетчатку. Чтобы уменьшить вероятность ошибки, этот свет излучается на 360 градусов. Данный процесс может занять до нескольких минут. Чтобы обеспечить сбор качественных изображений, человек должен оставаться абсолютно неподвижным, очков или линз быть не должно в целях устранения помех. На этой стадии можно собрать и проанализировать до пяти необработанных изображений, чтобы создать комплексное изображение, из которого затем будут извлечены уникальные признаки.

Создание шаблона регистрации и подтверждения[править | править код]

На этом втором этапе извлекаются уникальные признаки. Генетические факторы фактически не определяют состав структуры кровеносных сосудов, из которых состоит сетчатка. Другими словами, это не вписывается в структуру ДНК человека и не передается потомству. Из-за этого с сетчатки может быть получено до 400 уникальных признаков (для отпечатка пальца — примерно в 30-40). После этого создается шаблон регистрации. Размер шаблона регистрации сетчатки составляет всего 96 байт и считается самым маленьким биометрическим шаблоном из всех. Это, очевидно, имеет многочисленные преимущества. Во-первых, при проверке статистической схожести между шаблонами проверки и регистрации значительно снижаются расходы на вычисления. Во-вторых, этот небольшой размер означает, что большее количество шаблонов может храниться в одной базе данных. Этот же процесс также используется для создания шаблона подтверждения.

Поскольку для распознавания сетчатки требуется высокая точность при сборе данных, существует ряд факторов, которые могут значительно помешать процессу распознавания:

Неаккуратность пользователя при считывании данных:

Как было описано, человек должен оставаться совершенно неподвижным на протяжении всего процесса. Любое внезапное или непреднамеренное движение может негативно повлиять на относительное расположение линзы, которая используется для передачи луча инфракрасного света в сетчатку.

Большое расстояние между глазом и объективом:

Для выполнения высококачественного сканирования между приемником и сетчаткой должно быть расстояние не более 3 дюймов. Если расстояние превышает вышеуказанное, процесс сканирования должен повторяться снова, пока данное требование не будет соблюдено. В этом отношении, по сравнению с другими биометрическими методами, точность имеет первостепенное значение при распознавании сетчатки.

Размер зрачка человека:

Маленький зрачок может значительно уменьшить количество внешнего света, который передается на сетчатку. Также, данная проблема может усугубиться при сжатии зрачка из-за неправильных условий освещения.

Преимущества и недостатки[править | править код]

Преимущества[править | править код]

Сетчатка считается очень стабильной и практически не меняется в течение жизни человека. Таким образом, в этом отношении она считается самой надежной биометрической технологией, доступной на рынке сегодня.
Учитывая небольшой размер считываемых и анализируемых данных распознавания сетчатки, система способна быстро подтверждать личность человека.
Из-за большого количества уникальных признаков, которыми обладает сетчатка, вероятность ложного срабатывания крайне низка.
Поскольку сетчатка расположена внутри самой структуры глаза, она не подвержена влиянию внешней среды, в отличие от геометрии рук и отпечатков пальцев.

Недостатки[править | править код]

Многие люди опасаются, что данная процедура негативно влияет на зрение (хотя научно данный факт не доказан)
По сравнению со всеми другими биометрическими методами распознавание сетчатки требует от пользователя больше всего усилий.
Из-за высоких требований к пользователю может понадобиться несколько попыток аутентификации и длительное время для получения результатов. Таким образом, если процесс не будет выполнен правильно, это может привести к очень большой частоте ложных отказов.

Алгоритмы, используемые при аутентификации[править | править код]

Алгоритм, основанный на методе фазовой корреляции[править | править код]

В данном алгоритме оцениваются вращение и смещение изображений относительно друг друга при помощи метода фазовой корреляции. После этого изображения выравниваются и вычисляется коэффициент, называемый показателем схожести.

Пусть и — изображения, одно из которых сдвинуто на относительно другого, а и — их преобразования Фурье, тогда:

, где R — кросс-спектр

Получим импульс-функцию, вычислив обратное преобразование Фурье кросс-спектра

Найдем искомое смещение, предварительно определив максимум этой функции
Затем при помощи полярных координат найдем угол вращения при наличии смещения :

Затем, как и в предыдущем случае, применяется метод фазовой корреляции.
После этого вычисляется показатель схожести по следующей формуле:

Вышеописанная техника на практике не всегда показывает хорошие результаты вследствие наличия шумов на изображениях. Для устранения этого недостатка данный алгоритм применяется итеративно (возможно, с изменением порядка подачи изображений в функцию). Каждый раз изображения выравниваются и рассчитывается показатель схожести. Конечным результатом будет считаться наибольший показатель схожести.

Интересные факты[править | править код]

В среднем сетчатка глаза человека содержит 92 миллиона палочек, поэтому ее действительно можно считать уникальной.
Исследования национальной лаборатории США показали, что вероятность ошибки второго рода при данном способе аутентификации крайне мала (меньше 1%).

Ссылки[править | править код]

Explainer: Retinal Scan Technology
Retina Recognition
Retinal Recognition — the Ultimate Biometric
Retinography
Retinal recognition: Personal identification using blood vessels
Методы аутентификации по сетчатке глаза

Источник

Почему именно сейчас стали возможны операции на сетчатке?

Еще десять лет назад разрывы сетчатки не поддавались лечению. Считалось, что пациенту не повезло. Сейчас, во-первых, появились приборы, которые способны очень точно, почти на клеточном уровне, проводить диагностику изменений. Во-вторых, на данном этапе развития приборостроения, появились инструменты, с помощью которых хирург имеет возможность добраться и проводить операции на сетчатке. Без сомнений, сетчатка, и более того, макула являются «святая святых» нашего глаза, грубыми инструментами нельзя в неё входить.

На сегодняшний день инструментами, с помощью которых медики добиваются нужного эффекта – это две тонких иголочки, диаметр которых меньше миллиметра. Источником света служит одна из иголок, а поражённые участки сетчатки и стекловидного тела удаляются через другую. После этого хирург расправляет деформированные области оперированной сетчатки, вводит маленький пузырёк особого газа, помогающего закрепить в нужном положении ткани.

Оперирование разрыва сетчатки, как и любое другое хирургическое вмешательство, имеет долю определённого риска. Но такая операция является шансом остановить дальнейшую потерю зрения, улучшить его, а может быть даже предотвратить слепоту. При консультативном врачебном приеме индивидуально обговаривается стоимость операции на сетчатке (по отслоению сетчатки).

Чем пациент рискует, отказываясь от операции, проводимой на сетчатке?

Каждый случай необходимо детально разобрать, чтобы увидеть всю картину и дать хотя бы какой-нибудь прогноз. Средним сроком развития этого заболевания (поражения сетчатки) считается 2 года. Гораздо быстрее развивается агрессивная форма, которая может привести к возникновению отверстия в сетчатке. Иногда изменения, связанные с возрастом, происходят медленнее. Изменения в центральном зрении могут продолжаться в среднем 10 – 15 лет. Конечно, человек не сможет читать, однако, сохраняется в целом зрение вдаль. Естественно, если сетчатка глаза уже пострадала, то развиваться в ней могут начать дегенеративные процессы. А уже через несколько лет речь о полном восстановлении даже не будет заходить.

Можно ли не обращаясь к профессионалам заметить более ранние признаки этого заболевания?

Довольно серьёзными, свидетельствующими о возможных повреждениях сетчатки, сигналами, станут: снижение центрального зрения; искажение зрения (прямые линии кажутся изогнутыми); трудности во время чтения и других занятий, которые требуют способности в различении мелких деталей, слепое пятно или серая зона в центральном поле зрения. При нарушениях такого рода необходимо немедленно обратиться к профессионалу для прохождения полного современного обследования (по возможности ОКТ).

Признаками начальной стадии болезни вероятнее всего могут явиться резкое, агрессивное ухудшение зрения; «плавающее», размытое зрение, большое количество точек, «мушек»; занавес, закрывающий зрение с какой-либо стороны; яркие вспышки, появляющиеся перед пораженным глазом. Если такие изменения появились, показаться врачу тоже необходимо. Главное – помните, что никаких капель, процедур и таблеток, которые способны помочь устранить повреждения сетчатки, в настоящее время не имеется. Квалифицированную помощь Вам при обращении смогут оказать только специалисты и лишь там, где есть необходимые для этого инструменты и др.

Источник

операции на сетчатке глаза

При разрыве или отслоении сетчатой оболочки назначают хирургическое лечение для восстановления целостности тканей глаза. Операции выполняют под контролем микроскопа, они считаются высокоточными и достаточно сложными. Несмотря на это, практически у всех пациентов удается добиться положительных результатов при раннем проведении. Длительность восстановления внутриглазных структур зависит от вида повреждения, возраста больного, метода вмешательства.

Виды операций на сетчатке глаза

Все оперативные методы лечения на сетчатой оболочке глаза проводят через проколы при помощи микрохирургического инструментария. Под контролем микроскопа в глазное яблоко вводят газовую смесь, иссекают аномальные пленки, удаляют стекловидное тело, прижигают сетчатку лазером или воздействуют на нее холодом. Чаще всего операции при отслоении или разрыве оболочки приходится выполнять в экстренном порядке, чтобы предотвратить потерю зрения.

Если операция плановая, то ей предшествует офтальмологическое обследование (диагностика остроты зрения, периметрия, электроретинография) и общеклиническая диагностика (анализы крови, мочи, биохимия, коагулограмма, ЭКГ и флюорография). Многие вмешательства требуют общего наркоза. Анестезиолог измеряет основные параметры гемодинамики, вводит анестетики, седативные и кровоостанавливающие препараты.

Первым этапом операций в большинстве случаев является разрушение и удаление стекловидного тела – витрэктомия. При незначительном помутнении глазных сред назначают витреолизис – испарение аномальных включений лазерным излучением. После этого приступают непосредственно к лечению. Для этого применяют:

«припаивание» сетчатки к эпителиальному слою лазерной коагуляцией;
замораживание для соединения сетчатой и сосудистой оболочки (криопексия);
установку силиконовой пломбы (экстрасклеральное пломбирование);
прижимание сетчатки баллоном (экстрасклеральное баллонирование);

Для улучшения питания тканей применяется имплантация волокон мышц глаза, эписклеры, стимулирующих образование новых сосудов для питания оболочек и нервных структур. При наличии мембран, снижающих зрение, их иссекают.

Операция экстрасклеральное пломбирование при отслойке сетчатки глаза

Завершающим этапом является введение в место расположения стекловидного тела (при витрэктомии) силиконового масла, газовой смеси или перфторорганического вещества.

Под конъюнктивальную оболочку проводятся инъекции антибиотиков или противовоспалительных медикаментов, глаз закрывается повязкой, пациента переводят в палату для дальнейшего наблюдения. Максимальная продолжительность операций составляет 3 часа, при лазерной коагуляции или криопексии она длится около получаса.

Рекомендуем прочитать статью о ангиопатии сетчатки глаза или обеих глаз. Из нее вы узнаете о разновидностях и причинах возникновения заболевания, признаках и симптомах, а также о лечении и профилактике ангиопатии сетчатки глаз.

А здесь подробнее о ретинопатии недоношенных детей.

Что применяется при отслойке, разрыве

Отслоение сетчатки считается одним из наиболее опасных заболеваний глаз. Эта оболочка первой воспринимает изображение предмета и посылает сигналы в зрительные центры головного мозга. В норме она плотно спаяна с сосудистой оболочкой, которая обеспечивает ей питание. Отслоение может произойти при:

физическом напряжении,
сотрясении мозга,
развитии опухоли,
выраженной близорукости,
тяжелой гипертонии,
воспалительном процессе,
тромбозе сосудов,
ретинопатии при диабете.

При отрыве сетчатки в нее перестает поступать кровь и происходит постепенное разрушение клеток. Если помощь оказана поздно, то развивается полная потеря зрения. Отсчет времени в таких ситуациях идет на часы.

Смотрите на видео об отслойке и разрыве сетчатки:

Для лечения требуются операции: баллонирование или пломбирование экстрасклеральным (наружным) методом, витрэктомия.

Пломбирование

Цель операции – это уменьшение расстояния между оболочками глаза с использованием силиконовой губки. Такая пломба сдавливает склеру, предотвращает разрыв тканей, обеспечивает постепенное рассасывание скопившейся жидкости под сетчаткой. Пломбирование проводится по радиальному, секторальному или круговому методу в зависимости от зоны и площади отслоения. Этапы хирургического вмешательства:

выделение области отслойки и изготовление пломбы из силикона;
разрез конъюнктивальной оболочки;
имплантация губки, фиксирование швом;
удаление жидкости, дренаж;
введение расширяющейся газовой смеси для прочной фиксации (при необходимости);
сшивание.

Достоинством операции является сохранность стекловидного тела, к недостатку относится неполное восстановление зрительных функций. Осложнениями могут быть инфицирование, ослабление глазодвигательных мышечных волокон, повышение давления внутри глаза. В позднем периоде возможно развитие катаракты, близорукости.

Баллонирование

Применяется только при неосложненном отслоении сетчатой оболочки, отсутствии разрыва или кровоизлияния во внутренние среды глаза. При помощи катетера за глазное яблоко проводится баллончик, в который поступает жидкость после того, как он достиг нужного места. Давление на склеру приводит к фиксации сетчатой оболочки в нормальном положении.

Экстрасклеральное баллонирование сетчатки глаза

Обычно после извлечения катетера проводится дополнительная коагуляция лазером. Метод практически у всех пациентов дает положительные результаты, но после баллонирования нередко возникают гематомы, гипертензия внутри глаза, катаракта.

Витрэктомия

Такая операция предполагает удаление стекловидного тела и замещение его при помощи искусственных полимерных соединений, масел, газов. Противопоказан метод при сниженной прозрачности роговицы, тяжелой ретинопатии или патологии глазного нерва. Через несколько тонких проколов извлекается студнеподобное вещество, которое заполняет пространство между хрусталиком и сетчаткой.

Лучами лазера прижигают оставшиеся ткани сетчатой оболочки, уплотняют участки отслойки, восстанавливают утраченную целостность.

Операция микроинвазивной витрэктомии глаза

Длительность хирургического вмешательства составляет около 3 часов. При достаточной квалификации офтальмолога послеоперационные осложнения (глаукома, отек роговицы, инфицирование оболочек глаза, кровоизлияние, рецидив отслоения оболочки) встречаются редко.

Операция по замене сетчатки

Как вариант, обеспечивающий частичное восстановление зрения, может быть проведена имплантация искусственной сетчатой оболочки – пластинки с фотодиодами. Такой способ обычно показан при несвоевременном лечении болезней глаз и нервной системы с развитием полной слепоты. Методика пересадки пока находится в стадии клинических испытаний. В настоящее время изучение ее эффективности основано на трех видах операций:

имплантат устанавливается на сетчатке;
протез позади оболочки;
искусственная ретина расположена выше сосудистой ткани.

Имплантаты позволяют проводить электрическую стимуляцию сохранившихся ретинальных клеток, после операции удается добиться реакции глаза на свет и восприятия контуров предметов. Новым методом лечения является выращивание новой ткани из стволовых клеток. Японскими врачами проведена пересадка сетчатки, для которой материалом послужили клетки пациентки.

Следующим этапом будет использование донорских клеток. Они берутся из кожных покровов и перепрограммируются. Биопротезы имеют разрешение в 5 раз лучше, чем у механической сетчатки.

Вмешательство по укреплению

Криопексия, пневморетинопексия и лазерная коагуляция являются основными способами укрепления оболочки глаза при ее отслоении.

Воздействие жидким азотом

Криопексия показана при повреждении одного глаза на фоне высокой степени близорукости, пациентам с патологией соединительной ткани (синдромы Марфана и Стиклера). Операция может быть выполнена в амбулаторных условиях.

Под местным обезболиванием вводится специальный наконечник, на который поступает жидкий азот. Он вызывает локальное прижимание сетчатки к сосудистой оболочке для последующего сращения этих тканей. Методика эффективна при свежих дефектах небольшой площади.

Лазерная коагуляция

К глазу пациента приставляют специальную линзу для фиксации глазного яблока и ограничения непроизвольных движений. После направления луча на поврежденный участок наносятся точечные воздействия, которые воспринимаются как световые вспышки. По окончанию процедуры линза снимается, а в глаз капают противовоспалительные растворы. Нанесение точек может быть следующих видов:

Виды	Описание
Барьерное	небольшие коагуляты по окружности вокруг центра в несколько рядов;
Панретинальное	охватывает всю поверхность, кроме центра, используется при обширной отслойке;
Периферическое	коагуляция проходит на отдаленных секторах, применяется при повышенном риске отслоения для профилактики;
Фокальное	прижигается только зона поражения

Пневморетинопексия

В шприц вводится смесь фторсодержащего газа и воздуха. Под контролем офтальмоскопа эта смесь поступает к сетчатой оболочке, а жидкость этим же шприцом откачивают. Такие действия повторяют, а через 3 часа после процедуры проводится коагуляция лазером. Точки наносят максимально близко к зоне отслоения. Если область разрыва находится на периферии, то вместо лазерного света может быть использован жидкий азот.

Восстановление после операций на глазах

Как правило, пребывание пациента в стационаре не превышает недели при операциях, которые связаны с проникновением внутрь глазного яблока. При лазерной коагуляции больной выписывается в тот же день после контрольного осмотра офтальмолога. На протяжении восстановительного периода требуется плановое посещение врача для осмотра глазного дна и определения остроты зрения.

Несколько дней нужно носить повязку на глазу и очки для защиты от солнечных лучей. Также до окончания восстановления тканей запрещаются:

занятия спортом;
любое физическое перенапряжение;
подъем тяжести;
работа за компьютером;
чтение;
просмотр телепередач;
использование косметики, нужно беречь глаз от попадания воды и мыла при умывании.

Если было проведено удаление стекловидного тела, то на полгода нужно отказаться от авиаперелетов и походов в горы. Больным показан прием препаратов для ускорения заживления, инъекции активаторов обмена веществ, закапывание в глаза:

дезинфицирующих капель с гентамицином, ципрофлоксацином, мирамистином, декаметоксином;
противовоспалительных препаратов – Индоколлир, Наклоф;
комбинированных растворов – Тобрадекс, Макситрол, Гаразон.

На первой неделе инстилляции (закапывания) проводятся 4 раза в день, затем три раза, а после месяца профилактически нужно капать назначенное средство один раз в день. Общая продолжительность реабилитации (в среднем) составляет:

лазерная коагуляция – две недели;
криопексия – 10 дней;
пневморетинопексия – 15 — 20 дней;
экстрасклеральное пломбирование и витрэктомия – до 6 месяцев.

Рекомендуем прочитать статью об атеросклерозе сетчатки. Из нее вы узнаете о причинах развития атеросклероза сетчатки, симптомах заболевания, методах диагностики и лечении, а также о восстановительном периоде и народных методах лечения атеросклероза сетчатки.

А здесь подробнее о посттравматической ретинопатии.

Операции на сетчатке глаза чаще всего проводятся при отслоении или разрыве оболочки. Они должны быть выполнены как можно раньше для предотвращения полной слепоты. К основным методам относятся пломбирование и баллонирование. Зачастую первым этапом бывает удаление стекловидного тела (витрэктомия) для хорошего доступа.

При полной утрате зрения показана имплантация искусственной сетчатки, такие операции находятся в стадии разработки. Одним из прогрессивных методов является выращивание оболочки из стволовых или перепрограммированных клеток. Для профилактики и при неосложненных случаях отслойки сетчатку укрепляют лазерной коагуляцией, жидким азотом или газовой смесью.

Источник