BR102020004098A2

BR102020004098A2 - SYSTEM ARCHITECTURE TO DETERMINE THE TOPOGRAPHY OF THE CORNEA AND DIAGNOSIS OF THE ANTERIOR EYE CAMERA BY DIGITAL SCAN

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Publication number: BR102020004098A2
Application number: BR102020004098-7A
Authority: BR
Inventors: Antônio Fontana; Djalma Antonio Chinaglia; Mario Antonio Stefani; Nelson Maurici Antônio
Original assignee: Opto Eletrônica S/a.
Priority date: 2020-02-28
Filing date: 2020-02-28
Publication date: 2021-09-08

Abstract

arquitetura de sistema para determinar a topografia da córnea e diagnóstico da câmara anterior do olho por varredura digital. refere-se o presente relatório descritivo a uma nova arquitetura para um sistema de determinação da topografia da córnea, sua espessura e a densitometria óptica da parte frontal do olho, constituído de projetor munido de fonte de luz led acoplado opticamente a uma matriz de micro espelhos controlados digitalmente, programados por software de controle orientado para produção de padrões geométricos de iluminação sobre a córnea do olho, cujos padrões são destinados a produção de feixes de luz adequadamente estreitos, colimados, com profundidade de foco também controlável, em padrões geométricos que contenham características que produzam imagens adequadamente codificadas para serem capturaras por um conjunto de micro câmeras, posicionadas para adequadamente capturar as referidas imagens da iluminação codificada, em arranjo fora do eixo óptico central, em quadratura a cada 90º ou tríade a 120ºsystem architecture to determine corneal topography and diagnosis of the anterior chamber of the eye by digital scanning. This descriptive report refers to a new architecture for a system for determining the topography of the cornea, its thickness and the optical densitometry of the front of the eye, consisting of a projector equipped with a LED light source optically coupled to a matrix of micro mirrors controlled digitally, programmed by control software oriented to the production of geometric patterns of illumination on the cornea of the eye, whose patterns are destined to the production of beams of light adequately narrow, collimated, with also controllable depth of focus, in geometric patterns that contain characteristics that produce properly coded images to be captured by a set of micro cameras, positioned to properly capture said images of the coded lighting, in an arrangement off the central optical axis, in quadrature every 90º or triad at 120º

Description

SYSTEM ARCHITECTURE TO DETERMINE THE TOPOGRAPHY OF THE CORNEA AND DIAGNOSIS OF THE ANTERIOR EYE CAMERA BY DIGITAL SCAN

[001] Refere-se o presente relatório descritivo a uma nova arquitetura para um sistema de determinação da topografia da córnea, sua espessura e a densitometria óptica da parte frontal do olho, constituído de projetor munido de fonte de luz LED acoplado opticamente a uma matriz de micro espelhos controlados digitalmente, programados por software de controle orientado para produção de padrões geométricos de iluminação sobre a córnea do olho, cujos padrões são destinados a produção de feixes de luz adequadamente estreitos, colimados, com profundidade de foco também controlável, em padrões geométricos que contenham características que produzam imagens adequadamente codificadas para serem capturaras por um conjunto de micro câmeras, posicionadas para adequadamente capturar as referidas imagens da iluminação codificada, em arranjo fora do eixo óptico central, em quadratura a cada 90º. A captura de imagem produzida pelos padrões geométricos tem as referidas câmeras ajustadas com ângulo de visada fora do eixo com relação ao feixe de iluminação central, produzindo uma situação apropriada para revelar a seção transversal da córnea e da câmara frontal do olho, onde o eixo óptico da projeção central coincide aproximadamente ao eixo óptico do olho durante o diagnóstico, de maneira que ambos os sistemas satisfazem os princípios de projetor de iluminação em padrão de fenda para o sistema de iluminação e critérios de captura de imagem em plano focal inclinado, segundo as regras de Scheimpflug para o arranjo e orientação do plano focal das câmeras de captação. O projetor de padrões geométricos é munido de matriz de micro espelhos controlados digitalmente, sendo o gerador de luz munido de diodos emissores de luz (LED) com cores selecionáveis, que permitem iluminação da córnea por diversos padrões geométricos em diferentes comprimentos de onda e polarizações, sendo ainda as quatro câmeras posicionadas para operar segundo os princípios de Scheimpflug para ganho de profundidade de foco, os quais permitem a manutenção de foco arranjos onde os planos focais do objeto e da imagem são oblíquos entre si e não são perpendiculares ao eixo óptico do sistema.[001] This descriptive report refers to a new architecture for a system for determining the topography of the cornea, its thickness and the optical densitometry of the front of the eye, consisting of a projector equipped with a LED light source optically coupled to a matrix of digitally controlled micro mirrors, programmed by control software oriented to produce geometric patterns of illumination on the cornea of the eye, whose patterns are intended for the production of appropriately narrow, collimated light beams, with also controllable depth of focus, in geometric patterns that contain characteristics that produce properly coded images to be captured by a set of micro cameras, positioned to properly capture the referred to coded illumination images, in an arrangement outside the central optical axis, in quadrature every 90º. The image capture produced by the geometric patterns has said cameras adjusted with an off-axis viewing angle with respect to the central illumination beam, producing an appropriate situation to reveal the cross section of the cornea and the front chamber of the eye, where the optical axis The central projection approximately coincides with the optical axis of the eye during diagnosis, so that both systems satisfy the slit pattern lighting projector principles for the lighting system and tilted focal plane image capture criteria, as per the rules Scheimpflug for the arrangement and orientation of the focal plane of the capture cameras. The geometric pattern projector is equipped with an array of digitally controlled micro mirrors, and the light generator is equipped with light-emitting diodes (LED) with selectable colors, which allow illumination of the cornea by different geometric patterns at different wavelengths and polarizations, the four cameras are also positioned to operate according to Scheimpflug's principles for gain of depth of focus, which allow the maintenance of focus arrangements where the focal planes of the object and the image are oblique to each other and are not perpendicular to the optical axis of the system .

[002] A presente inovação consiste em sistema de mapeamento completo do olho sem peças móveis ou rotativas, em grande velocidade, aonde o sistema realiza aquisições múltiplas, de formas complementares e simultâneas, aumentado a velocidade de análise, e grande aumento de precisão pelo processamento estatístico de elevado número de amostras.[002] The present innovation consists of a complete eye mapping system without moving or rotating parts, at great speed, where the system performs multiple acquisitions, in complementary and simultaneous ways, increasing the analysis speed, and great increase in precision through processing high number of samples.

BACKGROUND OF THE INVENTION TECHNICAL STATUS

[003] Os modelos convencionais de equipamentos destinados a efetuar medidas sobre a estrutura da parte frontal do olho baseiam-se principalmente em uma família de técnicas amplamente conhecida no estado da arte em oftalmologia. Em linhas gerais se baseiam na iluminação da porção anterior do olho por um padrão geométrico adequado, acompanhada de captação em perspectiva da luz espalhada ou refletida pela córnea nesse processo.[003] Conventional models of equipment designed to perform measurements on the structure of the front of the eye are mainly based on a family of techniques widely known in the state of the art in ophthalmology. Generally speaking, they are based on illuminating the anterior portion of the eye by an adequate geometric pattern, accompanied by the capture in perspective of the light scattered or reflected by the cornea in this process.

[004] Na maioria das vezes a iluminação deve ser efetuada com feixe longitudinal extremamente fino, ou seja, uma linha de luz, e a captação simultânea da luz espalhada pelas porções da córnea e do meio intraocular submetidos a essa iluminação necessita ser realizada em ângulo elevado com relação ao plano do feixe de iluminação. A parte anterior do olho possui estruturas diferenciadas, em cujas interfaces ocorre um acentuado espalhamento da luz incidente, detectável em função do ângulo de espalhamento se a luz tiver intensidade suficiente, e a variação da densidade do meio intraocular permite a captação de imagens muito claras dessas estruturas e de suas possíveis anomalias, tais como a presença de deformações na córnea e catarata.[004] In most cases, the illumination should be carried out with an extremely thin longitudinal beam, that is, a line of light, and the simultaneous capture of light scattered by the portions of the cornea and intraocular environment subjected to this illumination needs to be performed at an angle high in relation to the plane of the light beam. The anterior part of the eye has different structures, at whose interfaces there is a marked scattering of incident light, detectable as a function of the scattering angle if the light is of sufficient intensity, and the variation in the density of the intraocular medium allows the capture of very clear images of these structures and their possible anomalies, such as the presence of deformations in the cornea and cataracts.

[005] Esses instrumentos são destinados a obter basicamente imagens que, depois de processadas permitam determinar a curvatura e espessura da córnea e a densitometria da parte frontal do olho. A amplitude de espalhamento da luz é função tanto do ângulo de espalhamento quanto do comprimento de onda da luz, sendo mais acentuado em comprimentos de onda menores, próximos ao limite azul do visível.[005] These instruments are intended to basically obtain images that, after being processed, allow to determine the curvature and thickness of the cornea and densitometry of the front of the eye. The light scattering amplitude is a function of both the scattering angle and the light wavelength, being more accentuated at shorter wavelengths, close to the blue limit of the visible.

[006] O feixe de iluminação deve ainda possuir as propriedades adicionais de nitidez, contorno bem definido, ser bem colimado e apresentar profundidade de foco elevada. A forma geométrica desse feixe deve ser a de uma linha longa e estreita, formando uma cortina de luz projetada através do olho, razão pela qual o projetor desse feixe é comumente chamado de projetor de fenda. Os primeiros equipamentos a empregarem um projetor de fenda tinham sua projeção e varredura manipulados pelo próprio médico e serviam para inspeção direta do olho do paciente.[006] The illumination beam must also have the additional properties of sharpness, well-defined contour, be well collimated and have a high depth of focus. The geometric shape of this beam should be that of a long, narrow line, forming a curtain of light projected through the eye, which is why the projector of this beam is commonly called a slit projector. The first equipment to employ a slit projector had its projection and scanning manipulated by the doctor himself and served for direct inspection of the patient's eye.

[007] Esse feixe de iluminação deve ser tão estreito quanto possível para fornecer a imagem de uma fina seção da parte frontal do olho, e assim produzir uma imagem clara, de monocamada, e, portanto, de fácil diagnóstico. Atualmente, equipamentos automáticos geram uma sequência de monocamadas através de varredura circular completa sobre a córnea, centrada no eixo óptico do olho.[007] This beam of illumination should be as narrow as possible to provide the image of a thin section of the front of the eye, and thus produce a clear, monolayer, and therefore easy to diagnose image. Currently, automatic equipment generates a sequence of monolayers through a complete circular scan over the cornea, centered on the optical axis of the eye.

[008] As fontes de luz utilizadas na construção dos projetores de fenda no passado são as mais variadas, tais como lâmpadas incandescentes, incandescentes de tungstênio em gases halógenos suportam melhor um regime contínuo de operação. Todas essas lâmpadas apresentam dificuldades comuns, como a colocação obrigatória de filtros para seleção do comprimento de onda e a utilização de complexos arranjos ópticos de colimação, empregando diafragmas com forma de fenda, longos e estreitos, instalados em pelo menos dois pontos do caminho óptico, devido a excessiva divergência da luz emitida por elas. Essa divergência dificulta a colimação do feixe e a eficiência na captação da energia emitida, tanto que em alguns casos, a colocação de lentes cilíndricas também é necessária.[008] The light sources used in the construction of slit projectors in the past are the most varied, such as incandescent lamps, tungsten incandescent in halogen gases better support a continuous regime of operation. All these lamps present common difficulties, such as the mandatory placement of filters for wavelength selection and the use of complex optical collimation arrangements, using long and narrow slit diaphragms installed at at least two points in the optical path, due to the excessive divergence of the light emitted by them. This divergence hinders beam collimation and efficiency in capturing the emitted energy, so much so that, in some cases, the placement of cylindrical lenses is also necessary.

[009] Mais recentemente, surgiram os diodos emissores de luz (LED), que apresentam divergência menor na emissão da luz e faixa espectral mais estreita, e podem ser utilizados. Da mesma forma, diodos lasers também podem ser utilizados. A utilização de diodos emissores de luz (LED) é extremamente vantajosa quando se necessita uma opção de baixo custo para aquisição de múltiplas imagens, com a utilização de pulsos de luz (flashes) sincronizados às aquisições, pois as demais fontes convencionais necessitam de um tempo de espera excessivo para a recarga eletrônica e inércia térmica.[009] More recently, light-emitting diodes (LED) emerged, which have smaller divergence in light emission and narrower spectral range, and can be used. Likewise, laser diodes can also be used. The use of light emitting diodes (LED) is extremely advantageous when a low-cost option for the acquisition of multiple images is needed, with the use of light pulses (flashes) synchronized to the acquisitions, as the other conventional sources need time excessive standby for electronic recharging and thermal inertia.

[010] No estado da arte atual, normalmente os dispositivos geradores de iluminação são constituídos por projetores de fenda, bem como por anéis concêntricos, conhecidos como anéis de Plácido, conforme descrito na referência [1]. O sistema possui anéis com iluminação difusas, concêntricos, e posicionados de forma simétrica com relação ao eixo óptico central do olho do paciente.[010] In the current state of the art, usually lighting generating devices are constituted by slit projectors, as well as concentric rings, known as Placido rings, as described in reference [1]. The system has diffusely illuminated, concentric rings positioned symmetrically with respect to the central optical axis of the patient's eye.

[011] A imagem produzida por estes anéis refletidos pela córnea é coletada por uma câmera posicionada no eixo ótico central. Os desvios de circularidade e concentricidade destes anéis dão uma ideia da geometria da superfície da córnea. Para a medição da sua espessura e estruturas internas, ainda na referencia [1], uma iluminação em forma de linha ou fenda é projetada sobre a córnea, e uma câmera disposta em ângulo obliquo, na condição de Scheimpflug, permite a observação da projeção desta fenda e pela analise desta imagem, a estimativa da espessura da córnea naquela posição. Para o mapeamento completo da córnea, a fenda de iluminação deve ser girada, e a câmera também, mantendo sempre a condição de Scheimpflug. [1].[011] The image produced by these rings reflected by the cornea is collected by a camera positioned on the central optical axis. The circularity and concentricity deviations of these rings give an idea of the geometry of the corneal surface. For the measurement of its thickness and internal structures, still in reference [1], an illumination in the form of a line or slit is projected on the cornea, and a camera placed at an oblique angle, in the Scheimpflug condition, allows the observation of its projection. slit and by analyzing this image, the estimation of the corneal thickness at that position. For complete mapping of the cornea, the illumination slit must be rotated and the camera rotated, always maintaining the Scheimpflug condition. [1].

[012] Este arranjo é muito eficiente e tem sido a base de diversos produtos no mercado. No entanto, para a varredura completa da topografia da córnea e do olho é necessária a rotação tanto da fenda de iluminação quanto da câmera em 360°, e em alguns casos 180°, quando empregando duas câmeras, de forma continua e sincronizada. Esta rotação leva algumas dezenas de segundos e caso o olho do paciente se mexa durante o processo, imprecisões são geradas, e sofisticados rotinas de software são empregados para reduzir estas influências e permitir correções.[012] This arrangement is very efficient and has been the basis of several products on the market. However, for a complete scan of the topography of the cornea and the eye, rotation of both the illumination slit and the camera through 360°, and in some cases 180°, when using two cameras, is necessary in a continuous and synchronized manner. This rotation takes a few tens of seconds and if the patient's eye moves during the process, inaccuracies are generated, and sophisticated software routines are employed to reduce these influences and allow for corrections.

[013] Para redução do tempo de captura e possibilitar melhor precisão, na referência [2] propõe um aperfeiçoamento daquela técnica. Na referência [2] a fenda de iluminação é produzida por um conjunto de fibras ópticas, especialmente desenhadas em geometria adequada, e iluminação LED. Este aperfeiçoamento reduziu o sistema óptico de projeção da fenda, aumentou sua precisão e potência de iluminação. A referência [2] também propunha o uso de quatro câmeras rotativas, de forma que ao invés de girar 360°, as câmeras e o gerador de fenda somente giravam 90°, tornando o exame mais rápido e preciso.[013] To reduce the capture time and enable better accuracy, reference [2] proposes an improvement of that technique. In reference [2] the lighting slit is produced by a set of optical fibers, specially designed in suitable geometry, and LED lighting. This improvement reduced the slit projection optical system, increased its precision and illumination power. The reference [2] also proposed the use of four rotating cameras, so that instead of rotating 360°, the cameras and the slit generator only rotated 90°, making the examination faster and more accurate.

[014] Com o advento de dispositivos modernos de geração e projeção de luz, as técnicas descritas em [1] e [2] podem significativamente aprimoradas, e são o objeto da presente inovação.[014] With the advent of modern light generation and projection devices, the techniques described in [1] and [2] can be significantly improved, and are the object of the present innovation.

[015] O dispositivo aqui proposto, ao contrário dos modelos convencionais, utiliza um projetor construído por uma matriz de micro espelhos digitalmente controlados, a qual é controlado por um processador especialmente programado para produzir padrões geométricos sequenciais adequados ao exame do olho, que também age sobre uma fonte de luz LED multiespectral em um colimador capaz de ajustar continuamente o foco da iluminação.[015] The device proposed here, unlike conventional models, uses a projector built by an array of digitally controlled micro mirrors, which is controlled by a specially programmed processor to produce sequential geometric patterns suitable for eye examination, which also acts on a multispectral LED light source in a collimator capable of continuously adjusting the illumination focus.

[016] A abordagem aqui proposta constitui em inovação que substitui com vantagem os esquemas de iluminação para geração de padrões de iluminações, fendas de luz e os anéis de Plácido, como aquelas presentes em [1], bem como a coluna de diodos emissores de luz (LED), bem como o arranjo em que uma das extremidades de um feixe de fibras ópticas são alinhadas formando a coluna emissora de luz, como presente em [2].[016] The approach proposed here constitutes an innovation that advantageously replaces the lighting schemes for generating lighting patterns, light slits and Placido rings, such as those present in [1], as well as the column of light-emitting diodes. light (LED), as well as the arrangement in which one of the ends of a bundle of optical fibers are aligned forming the light-emitting column, as presented in [2].

[017] A vantagem da presente proposta de inovação desse sistema está no fato que o novo emissor de luz, um LED multiespectral ou RGB de grande potência, é colimado sobre uma matriz de micro espelhos digitalmente controlados por um processador dedicado. A matriz de micro espelhos produz um padrão de iluminação gerado e controlado pelo software do equipamento, e um sistema óptico projeta este padrão diretamente sobre a córnea do paciente.[017] The advantage of the present proposal of innovation of this system is in the fact that the new light emitter, a multispectral LED or RGB of great power, is collimated on an array of micro mirrors digitally controlled by a dedicated processor. The array of micro mirrors produces an illumination pattern generated and controlled by the equipment's software, and an optical system projects this pattern directly onto the patient's cornea.

[018] Esta matriz de micro espelhos possui dimensões muito reduzidas, na ordem de dezenas de micrometros, o que permite via sistema óptico de projeção, a geração de fendas e padrões de iluminação extremamente finos e pequenos. Além disso, por ser um sistema de projeção de pequenas dimensões permite comprimentos ópticos menores para o projetor, e torna a colimação e a focalização do feixe de luz mais simples e eficiente, além de proporcionar um feixe mais fino e com grande nitidez. A linha de luz obtida por ser muito mais fina, elimina a necessidade de diafragmas no sistema, e a simplicidade obtida para o sistema óptico do projetor com este arranjo praticamente elimina qualquer dificuldade no alinhamento óptico do sistema, visto que pode ser calibrado por software.[018] This array of micro mirrors has very small dimensions, in the order of tens of micrometers, which allows via an optical projection system, the generation of slits and extremely fine and small lighting patterns. Furthermore, as it is a projection system with small dimensions, it allows for shorter optical lengths for the projector, and makes collimation and focusing of the light beam simpler and more efficient, in addition to providing a thinner beam with great clarity. The beamline obtained by being much thinner, eliminates the need for diaphragms in the system, and the simplicity obtained for the projector's optical system with this arrangement practically eliminates any difficulty in the optical alignment of the system, since it can be calibrated by software.

[019] A utilização conjunta de diodos emissores de luz (LED) e o arranjo de micro espelhos controlados digitalmente tornam o equipamento compacto, reduzido, leve, podendo ser desenhado para ser acoplado em instrumentos ópticos já disponíveis no consultório, tais como lâmpadas de fenda. O sistema, por possui emissor LED emite luz em nível de potência seguro e a utilização destes também permite que o feixe seja modulado com muita facilidade em frequências necessárias a alternância de iluminação em padrões moveis de projeção, o que abre a possiblidade de inovação na captura da imagem produzida por esta fenda.[019] The joint use of light emitting diodes (LED) and the arrangement of digitally controlled micro mirrors make the equipment compact, reduced, light, and can be designed to be coupled to optical instruments already available in the office, such as slit lamps . The system, due to its LED emitter, emits light at a safe power level and the use of these also allows the beam to be very easily modulated in the frequencies necessary for alternating lighting in mobile projection patterns, which opens up the possibility of innovation in capturing of the image produced by this slit.

[020] Nas técnicas convencionais, como em [1] e [2], a observação da luz espalhada pelo olho deve ser efetuada em um ângulo apropriado, o qual permita uma visão em perspectiva da estreita seção iluminada pelo projetor de fenda, que corresponde a interseção do feixe estreito de luz com a câmara anterior do olho. O plano focal do objeto, ou seja, da fina seção iluminada, não poderá, portanto, estar perpendicular ao eixo óptico do sistema de lentes, o que implica também que o plano focal da imagem também deverá estar inclinado. Desta forma, os planos focais do objeto e da imagem, e o plano principal do sistema de lentes devem ser ajustados para satisfazer vínculos conhecidos como relações de “Scheimpflug”. Estas relações são amplamente conhecidas no estado da arte em óptica, em fotografia de uma maneira geral, e mais especificamente em medidores de distância por triangulação e neste tipo de equipamento.[020] In conventional techniques, as in [1] and [2], the observation of light scattered by the eye must be carried out at an appropriate angle, which allows a perspective view of the narrow section illuminated by the slit projector, which corresponds the intersection of the narrow beam of light with the anterior chamber of the eye. The focal plane of the object, that is, the thin illuminated section, cannot, therefore, be perpendicular to the optical axis of the lens system, which also implies that the focal plane of the image must also be tilted. In this way, the focal planes of the object and image, and the main plane of the lens system must be adjusted to satisfy constraints known as “Scheimpflug” relationships. These relationships are widely known in the state of the art in optics, in photography in general, and more specifically in triangulation distance meters and in this type of equipment.

[021] Os equipamentos convencionais normalmente dispõem de apenas uma câmera para a aquisição das imagens, e geralmente essa câmera está colocada em uma base rotativa, o que aquisições de imagens sincronizadas durante a rotação da fenda de iluminação. Contudo, a necessidade de conexões elétricas através de fios entre os elementos montados sobre a base rotativa e o resto do equipamento cria dificuldades para uma rotação excessiva dessa base.[021] Conventional equipment usually has only one camera for image acquisition, and usually this camera is placed on a rotating base, which synchronizes image acquisitions during the rotation of the lighting slit. However, the need for electrical connections through wires between the elements mounted on the rotating base and the rest of the equipment creates difficulties for an excessive rotation of this base.

[022] Na presente inovação, como a iluminação é proporcionada por matriz de micro espelhos digitalmente controlados, é possível a criação de um padrão rotativo gerado por software, ou seja, um giro virtual, sem rotação mecânica. Assim, é possível, por exemplo, a projeção de uma linha fina rotativa em 180°. O dispositivo aqui proposto retira a necessidade de giro das câmeras pelo emprego de quatro micro câmeras dispostas em quadratura, 90°, de forma que as respectivas projeções das imagens das fendas ao serem rotacionadas, serão capturadas em suas projeções pelas câmeras, permitindo assim que a imagem da fenda seja montada no software em toda rotação de 360°. Alternativamente, é possível também o uso de uma tríade de câmeras, dispostas a 120°entre si, reduzindo o custo.[022] In this innovation, as the lighting is provided by an array of digitally controlled micro mirrors, it is possible to create a rotating pattern generated by software, that is, a virtual spin, without mechanical rotation. Thus, it is possible, for example, to project a thin line rotating by 180°. The device proposed here removes the need to rotate the cameras by employing four micro cameras arranged in quadrature, 90°, so that the respective projections of the slit images when rotated, will be captured in their projections by the cameras, thus allowing the slit image is mounted in the software at every 360° rotation. Alternatively, it is also possible to use a triad of cameras, arranged at 120° to each other, reducing the cost.

[023] O arranjo proposto permite obter um aumento significativo na velocidade de aquisição e consequentemente uma redução das influências ocasionadas pelo movimento do olho do paciente. Outra significativa vantagem é a possiblidade de projeção de padrões de iluminações mais sofisticados, substituindo os anéis de Plácido, e no lugar da projeção de fenda, a adoção de varredura de micro ponto, o que pode permitir o detalhamento de regiões com grandes deformações, lesões, infecções. Pelo uso combinado de LED RGB e a matriz de micro espelhos, a exploração da córnea pode ser feita em diversos comprimentos de onda, reduzindo os efeitos da opacidade e de catarata, muito prejudicada pela luz azul, por exemplo, no levantamento da topografia e densitometria óptica das estruturas da câmera anterior do olho.[023] The proposed arrangement allows to obtain a significant increase in the acquisition speed and consequently a reduction in the influences caused by the patient's eye movement. Another significant advantage is the possibility of projecting more sophisticated lighting patterns, replacing Placido's rings, and in place of slit projection, the adoption of micro-point scanning, which can allow the detailing of regions with large deformations, lesions , infections. By the combined use of LED RGB and the array of micro-mirrors, the exploration of the cornea can be done at different wavelengths, reducing the effects of opacity and cataract, which is greatly harmed by blue light, for example, in surveying topography and densitometry optics of the structures of the anterior chamber of the eye.

DESCRIPTION OF THE INCORPORATION OF THE PRESENT INVENTION

[024] O dispositivo a ser descrito na incorporação síntese desta invenção é composto basicamente por dois conjuntos ópticos com funções distintas e complementares, sendo que o primeiro tem a função de iluminar a câmara anterior do olho através de uma forma ou padrão luminoso estruturado e, o segundo com a função de capturar as imagens geradas nesse processo.[024] The device to be described in the synthesis incorporation of this invention is basically composed of two optical sets with distinct and complementary functions, the first having the function of illuminating the anterior chamber of the eye through a form or structured light pattern and, the second with the function of capturing the images generated in this process.

[025] Em conformidade com os desenhos anexos, o novo sistema aqui proposto tem por objetivo determinar a topografia da córnea e diagnóstico da câmara anterior do olho, constitui-se além dos dois conjuntos ópticos descritos acima, de iluminação e de captação, é constituído também de circuitos eletrônicos, computador e programa aplicativo, para o controle sincronizado de todo o equipamento, a captura e processamento das imagens e apresentação dos resultados.[025] In accordance with the attached drawings, the new system proposed here aims to determine the topography of the cornea and diagnosis of the anterior chamber of the eye, it is constituted in addition to the two optical sets described above, illumination and capture, it is constituted also electronic circuits, computer and application program, for the synchronized control of all the equipment, the capture and processing of images and presentation of results.

BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

[026] Para a descrição da presente invenção, suas respectivas partes e diagramas constituintes das várias incorporações possíveis serão apresentados nas figuras de 1 a 6 adiante. Nas figuras, seus elementos constituintes são identificados pelo número da figura seguido pelo indicador do elemento sendo descrito.
Figura 1 - Representação esquemática da presente invenção mostrando o diagrama de blocos funcionais e os respectivos princípios básicos utilizados na construção do dispositivo;
Figura 2 - vista frontal de um olho em exame e as iluminações fiduciais projetadas pelo equipamento para auxílio de posicionamento do paciente e acompanhamento e ajuste automático do sistema de iluminação do olho em exame;
Figura 3 - Mostra duas vistas da incorporação sistêmica com elementos construtivos da presente invenção para descrição de seus detalhes funcionais;
Figura 4 - Mostram exemplos dos padrões de iluminações utilizados pela presente invenção, padrões que são projetados sobre a córnea do paciente;
Figura 5 - Mostra a vista esquemática da matriz de micro espelhos controlados digitalmente, com exemplo de alinhamento e padrão de iluminação;
Figura 6 - diagrama funcional demonstrando o posicionamento de uma das câmeras para coleta de imagem pelo princípio de Scheimpflug, a iluminação da córnea e a captura no plano focal de uma destas câmeras, e o diagrama explicativo para captura simultânea da projeção sobre a córnea pelo conjunto de câmeras conjugadas em quadratura.[026] For the description of the present invention, its respective parts and constituent diagrams of the various possible embodiments will be presented in figures 1 to 6 below. In the figures, its constituent elements are identified by the figure number followed by the indicator of the element being described.
Figure 1 - Schematic representation of the present invention showing the functional block diagram and the respective basic principles used in the construction of the device;
Figure 2 - front view of an eye under examination and the fiducial illuminations projected by the equipment to aid in patient positioning and follow-up and automatic adjustment of the illumination system of the eye under examination;
Figure 3 - Shows two views of the systemic incorporation with constructive elements of the present invention to describe its functional details;
Figure 4 - Show examples of lighting patterns used by the present invention, patterns that are projected onto the patient's cornea;
Figure 5 - Shows a schematic view of the array of digitally controlled micro mirrors, with an example of alignment and lighting pattern;
Figure 6 - Functional diagram demonstrating the positioning of one of the cameras for image collection using the Scheimpflug principle, corneal illumination and focal plane capture of one of these cameras, and the explanatory diagram for simultaneous capture of the projection on the cornea by the set of quadrature conjugate cameras.

DETAILED DESCRIPTION OF THE PRESENT INVENTION

[027] Na figura 1 é apresentada a incorporação geral da presente invenção em seus blocos funcionais básicos. O olho do paciente (1-1) é iluminado pelo feixe luminoso (1-2), na região da córnea, sendo que o feixe luminoso em padrão estruturado (1-2) é aplicado sobre a córnea no olho do paciente (1-1), mediante um padrão de projeção e varredura sobre esta, produzido pelo sistema óptico de deflexão e varredura do feixe (1-3). Este bloco, por sua vez, é composto por uma matriz de micro espelhos, a ser detalhado mais adiante. O feixe luminoso é produzido por um sistema óptico de focagem (1-4), desenhado especificamente para produzir um padrão homogêneo de iluminação a partir da fonte luminosa LED (1-6 e 1-5). A combinação do sistema de focagem (1-4) com o sistema de varredura (1-3) permite a aplicação de um padrão tridimensional de iluminação pelo feixe luminoso (1-2) sobre o olho do paciente (1-1). Para tanto, dois sistemas de controles, o controle de focagem (1-8) e o controle de deflexão do feixe (1-7) são empregados. O primeiro tem por finalidade homogeneizar a fonte luminosa LED RGB (1-6) ou LED UV (1-5). O segundo, o controle de deflexão do feixe, (1-7) tem por finalidade controlar a matriz de micro espelhos controlados digitalmente pelo processador central (1-10).[027] In figure 1 is presented the general incorporation of the present invention in its basic functional blocks. The patient's eye (1-1) is illuminated by the light beam (1-2) in the corneal region, and the light beam in a structured pattern (1-2) is applied over the cornea in the patient's eye (1- 1), by means of a projection and scanning pattern over it, produced by the optical beam deflection and scanning system (1-3). This block, in turn, is composed of an array of micro mirrors, to be detailed later. The light beam is produced by an optical focusing system (1-4), specifically designed to produce a homogeneous pattern of illumination from the LED light source (1-6 and 1-5). The combination of the focusing system (1-4) with the scanning system (1-3) allows the application of a three-dimensional pattern of illumination by the light beam (1-2) on the patient's eye (1-1). For that, two control systems, the focus control (1-8) and the beam deflection control (1-7) are used. The first aims to homogenize the LED RGB light source (1-6) or LED UV (1-5). The second, the beam deflection control (1-7) is intended to control the array of micro mirrors digitally controlled by the central processor (1-10).

[028] A fonte de luz utilizada (1-6 ou 1-5) pode ser composta por um diodo emissor de luz LED RGB que gera iluminação pela combinação de três constituintes ou cores básicas, no caso azul, verde e vermelho, sendo que cada componente pode ser selecionado e ajustado pelo controle eletrônico (1-10) e seu driver de potência (1- 11), tornando apto o conjunto a operarem com intensidades controladas em cada faixa espectral. Nos exames mais comuns esses diodos emitem predominantemente na luz azul, e com máximo de intensidade no comprimento de onda de 455 nm. Este comprimento de onda é o escolhido por permitir um bom balanço entre a absorção e o espalhamento nas superfícies da porção anterior do olho, permitindo uma boa visualização pelas câmeras (1-9 e 1-21). Em algumas incorporações, de forma complementar ao LED RGB (1-6) também é instalado um LED UV (1-5), especialmente nos casos aonde se tem interesse de monitorar o tratamento da córnea nos procedimentos de Cross-linking de colágeno, conforme referencia [3], visto que a ação de agente catalizador, como a riboflavina, combinadamente permitem a observação e eventual formação de ligações cruzadas no tecido da córnea, permitindo correção das estruturas desta.[028] The light source used (1-6 or 1-5) can be composed of an LED RGB light emitting diode that generates lighting by combining three constituents or basic colors, in this case blue, green and red, where each component can be selected and adjusted by the electronic control (1-10) and its power driver (1-11), making the set able to operate with controlled intensities in each spectral range. In the most common tests, these diodes emit predominantly blue light, with maximum intensity at a wavelength of 455 nm. This wavelength is chosen because it allows a good balance between absorption and scattering on the surfaces of the anterior portion of the eye, allowing a good visualization by the cameras (1-9 and 1-21). In some incorporations, in addition to the RGB LED (1-6), a UV LED (1-5) is also installed, especially in cases where there is an interest in monitoring the treatment of the cornea in collagen Cross-linking procedures, as per reference [3], since the action of a catalyzing agent, such as riboflavin, combined allow the observation and eventual formation of cross-links in the corneal tissue, allowing correction of the corneal structures.

[029] Em ambos os casos, um controle apurado de intensidade e homogeneidade é essencial. Ao serem acionados, o LED RGB (1-6) ou o LED UV ( 1-5) tem parte de seu feixe amostrado pelo fotodiodo principal (1-13) visando manter estrito controle sobre suas respectivas emissões. Um fotodiodo secundário (1-14), também conhecido como fotodiodo de segurança, monitora a eventual discrepância ou erro de emissão, acionando os procedimentos de emergência e desligamento da emissão dos LEDs casos estes se apresentem emitindo em valores acima dos limites normativos ou de irradiância limite dos tecidos, como aqueles limites de segurança para os tecidos da câmara posterior no protocolo de Dresden. [3]. O circuito e controle principal de potência (1-19) conjuga todas estas funções, sendo gerenciado pelo processador central (1-10). Um circuito vigilante monitora o perfeito funcionamento de todo o sistema, (1-15), periodicamente requisitando do processador central ações demonstrando sua integridade, e agindo em caso de falha que possa prejudicar o paciente, bem como a observação e cumprimento de requisitos normativos.[029] In both cases, an accurate control of intensity and homogeneity is essential. When activated, the RGB LED (1-6) or the UV LED (1-5) has part of its beam sampled by the main photodiode (1-13) in order to maintain strict control over their respective emissions. A secondary photodiode (1-14), also known as a safety photodiode, monitors any discrepancy or emission error, triggering the emergency procedures and turning off the emission of LEDs if they are emitted at values above the normative or irradiance limits tissue limit, such as those safety limits for posterior chamber tissues in the Dresden protocol. [3]. The main power circuit and control (1-19) combines all these functions, being managed by the central processor (1-10). A watchful circuit monitors the perfect functioning of the entire system, (1-15), periodically requesting actions from the central processor to demonstrate its integrity, and acting in case of failure that could harm the patient, as well as the observation and compliance with regulatory requirements.

[030] O sistema de iluminação (1-2) permite a geração de formas ou padrões gerados e controlados por software embutido no controlador central (1-10), em padrões geométricos e codificados as quais se alternam na tarefa de iluminar a câmara anterior do olho com o objetivo de ser sua imagem capturada e adequadamente processada.[030] The lighting system (1-2) allows the generation of shapes or patterns generated and controlled by software embedded in the central controller (1-10), in geometric and coded patterns which alternate in the task of lighting the anterior chamber of the eye in order to be your image captured and properly processed.

[031] As formas geométricas de iluminação devem atingir o olho de maneira que seu centro, ou seja, o eixo óptico do sistema projetor coincida aproximadamente com o eixo óptico do olho. Para tanto, um sistema óptico de acompanhamento do olho monitora continuamente a posição do olho do paciente, (1-9).[031] The geometric forms of illumination must reach the eye in such a way that its center, that is, the optical axis of the projector system coincides approximately with the optical axis of the eye. To do this, an optical eye tracking system continuously monitors the position of the patient's eye, (1-9).

[032] O sistema de captação destinado ao levantamento da topografia da córnea é formado por quatro câmeras dispostas em quadratura no círculo, (1-21) separadas por um ângulo de 90º e dirigidas ao centro da córnea em (1-1), e tem por função registrar as imagens em ângulo apropriado para revelar a seção transversal da córnea e o espalhamento diferenciado devido a variação na densidade do meio que forma a câmara anterior do olho. As quatro câmeras entregam suas imagens ao sistema de aquisição (1-22), que por sua vez alimenta o sistema de processamento de imagens (1-23). Este último coleta e processa a imagem das quatro câmeras (1-21) e conjuga as informações com base na iluminação sendo enviada ao olho. Alternativamente, podem ser utilizadas três câmeras, dispostas a 120°.[032] The capture system for surveying the topography of the cornea is formed by four cameras arranged in a quadrature in the circle, (1-21) separated by a 90º angle and directed to the center of the cornea at (1-1), and its function is to record the images at an appropriate angle to reveal the cross section of the cornea and the differentiated scattering due to the variation in the density of the medium that forms the anterior chamber of the eye. The four cameras deliver their images to the acquisition system (1-22), which in turn feeds the image processing system (1-23). The latter collects and processes the image from the four cameras (1-21) and combines the information based on the lighting being sent to the eye. Alternatively, three cameras, arranged at 120°, can be used.

[033] Na presente invenção, uma técnica aprimorada é empregada para gerar o feixe de iluminação (1-2), constituindo em aperfeiçoamento inovador para um instrumento destinado a levantar topografia da córnea. O dispositivo é fundamental para a finalidade de produzir imagens da câmera anterior do olho com potencial de observação de suas estruturas, eventuais irregularidades e não uniformidades. O conjunto é formado por sistema óptico de focagem e homogeneização do feixe (1-4) e o sistema de deflexão e varredura do feixe (1-3) que na presente incorporação é composto por matriz de micro espelhos controlados digitalmente.[033] In the present invention, an improved technique is employed to generate the illumination beam (1-2), constituting an innovative improvement for an instrument designed to raise corneal topography. The device is essential for the purpose of producing images of the eye's anterior camera with the potential to observe its structures, eventual irregularities and non-uniformities. The set is formed by an optical beam focusing and homogenization system (1-4) and the beam deflection and scanning system (1-3) which in the present embodiment is composed of a digitally controlled array of micro mirrors.

[034] A homogeneidade do feixe de iluminação é obtida pela cuidadosa correção óptica a ser descrita mais adiante, sendo destinada a se constituir fonte estável e homogênea para a matriz de micro espelho, que na presente incorporação é um projetor de padrões luminosos, bloco (1-3), especialmente desenhado.[034] The homogeneity of the illumination beam is obtained by the careful optical correction to be described later, being intended to constitute a stable and homogeneous source for the micro-mirror array, which in the present embodiment is a projector of luminous patterns, block ( 1-3), specially designed.

[035] O dispositivo gerador de varredura e modulação do feixe (1-3) composto por uma matriz de micro espelhos controlados digitalmente, também conhecido no mercado como “Digital light processor” ou “Digital Micro Mirror Array”, sendo muito empregado em projetores multimidia e projetores de cinema, não sendo assim objeto desta inovação o respectivo dispositivo, que se encontra comercialmente. A inovação aqui proposta na presente invenção é o uso deste dispositivo em uma aplicação nova, através de cuidadoso desenho de todo o sistema ao seu redor para seu emprego em instrumento médico de diagnostico. O dispositivo 1-3, que também será mais bem detalhado na figura 4, é composto por uma matriz de cerca de 2 milhões de pequenos espelhos, cada um com dimensão quadrada aproximada de 10 por 10 micras, sendo que cada um é controlado individualmente pelo software de controle presente em (1-10).[035] The beam scanning and modulation generator device (1-3) composed of an array of digitally controlled micro mirrors, also known in the market as "Digital light processor" or "Digital Micro Mirror Array", being widely used in projectors multimedia and cinema projectors, thus not being the object of this innovation the respective device, which is commercially available. The innovation proposed here in the present invention is the use of this device in a new application, through the careful design of the entire system around it for its use in a medical diagnostic instrument. Device 1-3, which will also be better detailed in Figure 4, is composed of an array of about 2 million small mirrors, each with an approximate square dimension of 10 by 10 microns, each of which is individually controlled by the control software present in (1-10).

[036] Ainda na figura 1, são dispostas sobre o olho quatro micro câmeras dispostas em 90° entre si, e posicionadas de forma a observarem os padrões de iluminação sobre a córnea produzidas pela matriz de micro espelhos (1-3). O sistema de aquisição das imagens (1-22) captura os sinais das quatro câmeras (1-21) em sincronia com a produção do feixe de iluminação. Alternativamente, podem ser dispostas 3 câmeras , cada uma a 120° da outra.[036] Still in figure 1, four micro cameras are placed over the eye, arranged at 90° to each other, and positioned to observe the lighting patterns on the cornea produced by the array of micro mirrors (1-3). The image acquisition system (1-22) captures the signals from the four cameras (1-21) in synchrony with the production of the light beam. Alternatively, 3 cameras can be arranged, each 120° from the other.

[037] Além das quatro câmeras de observação (1-21), para o processamento da imagem capturada, existe também uma quinta câmera especialmente destinada a acompanhar o movimento do olho (1-9), bem como em determinados casos, observar a projeção de padrões refletidos sobre a córnea. O sistema de processamento de imagens (1-23) coleta todas estas informações, conjuga as imagens com os respectivos padrões de iluminações gerados pelo processador central (1-10), corrige seu centro e calcula a topografia da córnea, apresentando os resultados ao usuário em (1-17).[037] In addition to the four observation cameras (1-21), for processing the captured image, there is also a fifth camera specially designed to follow the eye movement (1-9), as well as, in certain cases, observe the projection of patterns reflected on the cornea. The image processing system (1-23) collects all this information, combines the images with the respective lighting patterns generated by the central processor (1-10), corrects its center and calculates the topography of the cornea, presenting the results to the user in (1-17).

[038] Na figura 3 é descrita a incorporação desta abordagem. A fonte LED (3-6), que equivale (1-6), produz o feixe luminoso, homogeneizado pelo conjunto óptico de coleta (3-4), pelo conjunto projetor de retículo (3-3), formando um coletor de feixe. Em (3-11) existe o reticulo mecânico, com diversos orifícios com os formatos adequado para a projeção, cuja finalidade é descrita mais a frente. A lente projetor de reticulo (3-3) coleta a luz saindo do reticulo (3-11) e projeta sobre o modulador de luz espacial (3-7). O modulador de luz espacial, (3-7) é composto por uma matriz de micro espelhos controlados digitalmente pelo controlador central da figura 1, itens (1- 10) e (1-7). Esta matriz de micro espelhos, compostos por dispositivos micro mecânicos, é também conhecido pela sigla “DLP” de “digital light processor”. O feixe de luz incide sobre este dispositivo, atuando como um modulador espacial (3-7), formando sobre este uma região iluminada, com o formato do reticulo (3-11). A escolha do formato do reticulo é feita visando produzir sobre o modulador espacial (3-7) área iluminada que permita a correta projeção sobre o olho, bem como eventual ajuste devido o movimento e desalinhamento do paciente.[038] Figure 3 describes the incorporation of this approach. The LED source (3-6), which is equivalent to (1-6), produces the light beam, homogenized by the optical collection assembly (3-4), by the crosshair projector assembly (3-3), forming a beam collector . In (3-11) there is the mechanical reticulum, with several holes with the appropriate formats for the projection, whose purpose is described later. The lattice projector lens (3-3) collects the light exiting the lattice (3-11) and projects it onto the spatial light modulator (3-7). The spatial light modulator (3-7) is composed of an array of micro mirrors digitally controlled by the central controller in figure 1, items (1-10) and (1-7). This array of micro mirrors, composed of micro mechanical devices, is also known by the acronym “DLP” for “digital light processor”. The light beam falls on this device, acting as a spatial modulator (3-7), forming on it an illuminated region, shaped like a reticle (3-11). The choice of the reticulum format is made with the aim of producing an illuminated area on the spatial modulator (3-7) that allows for the correct projection onto the eye, as well as an eventual adjustment due to the patient's movement and misalignment.

[039] O modulador espacial (3-7) controlado pelo processador central, (1-10) e (1-7), é capaz de refletir a luz incidente em duas direções. Quando um micro espelho deste dispositivo está ligado, reflete a luz incidente na direção da lente projetora (3-18). Quando o mesmo micro espelho está desligado, reflete na outra direção, na direção do obstáculo (3-10). A separação angular entre as duas direções permite que o feixe principal seja coletado por um conjunto de lentes (3-18) e (3-8), desenhado para projetar sobre o olho do paciente (3-1) o padrão de reflexo produzido pelo conjunto de micro espelhos acionados de acordo com o padrão administrado pelo software do controlador central (1-10). A projeção sobre o olho do paciente é produzida pela lente de ajuste de foco (3-8), e pelos semi-espelhos direcionais e de ajuste, (3-16).[039] The spatial modulator (3-7) controlled by the central processor, (1-10) and (1-7), is capable of reflecting incident light in two directions. When a micro mirror of this device is turned on, it reflects incident light towards the projector lens (3-18). When the same micro mirror is off, it reflects in the other direction, towards the obstacle (3-10). The angular separation between the two directions allows the main beam to be collected by a set of lenses (3-18) and (3-8) designed to project onto the patient's eye (3-1) the reflection pattern produced by the set of micro mirrors driven according to the pattern administered by the central controller software (1-10). Projection onto the patient's eye is produced by the focus adjustment lens (3-8), and the directional and adjustment semi-mirrors (3-16).

[040] No arranjo descrito, o modulador de luz espacial, (3-7), permite que o operador escolha o padrão a ser projetado no olho do paciente. Na figura 5 é mostrado o detalhe do modulador espacial (5-1), aonde sobre ele é projetado o reticulo principal (5-5), produzindo um padrão de luz homogêneo, e pela escolha e programação adequada de cada micro espelho, o operador escolhe quais pontos deverão ser projetados na córnea do paciente. Na figura 5, para exemplificar, é mostrado um padrão cruciforme (5-2), equivalente ao padrão (4-5) da figura 4. Este é aplicado sobre diâmetro equivalente ao que será projetado na córnea do paciente. No arranjo da presente invenção, o padrão geométrico que será produzido visando a projeção luminosa na córnea é feita de maneira que pelo reflexo ou espalhamento deste padrão na superfície da córnea, sua espessura seja revelada, e sejam possíveis inferir tanto a geometria quando a profundidade desta superfície, processo a ser detalhado mais adiante.[040] In the arrangement described, the spatial light modulator, (3-7), allows the operator to choose the pattern to be projected onto the patient's eye. Figure 5 shows the detail of the spatial modulator (5-1), where the main lattice (5-5) is projected onto it, producing a homogeneous light pattern, and for the proper choice and programming of each micro mirror, the operator choose which points should be projected onto the patient's cornea. In figure 5, for example, a cruciform pattern (5-2) is shown, equivalent to the pattern (4-5) in figure 4. This is applied over a diameter equivalent to that which will be projected on the patient's cornea. In the arrangement of the present invention, the geometric pattern that will be produced aiming at the luminous projection on the cornea is made in such a way that by the reflection or scattering of this pattern on the corneal surface, its thickness is revealed, and it is possible to infer both the geometry and its depth. surface, process to be detailed later.

[041] Na figura 5 o feixe de luz produzida pelo conjunto colimador (3- 4) do LED (3-5) incide sobre o modulador espacial (3-7), que na figura 5 é correspondente ao (5-1), e é desviado pelos micro espelhos existentes (5-3) no dispositivo que correspondente a matriz produtora de modulação espacial. O feixe de luz incide e é desviado por estes micro espelhos (5-3) presentes no dispositivo (5-1), sendo que o feixe emergente é coletado por lente (3-18) especialmente desenhada para o produzir a imagem da região dos micro espelhos, e focada pela lente (3-8) sobre a córnea do paciente (3-1). Desta forma o padrão de modulação produzido pelo dispositivo matriz de micro espelhos (5-2) é refletido e incide diretamente sobre a córnea do paciente (3-1), reproduzindo o padrão ali existente. Assim caso um espelho (5-6) fique ligado na direção da colimação na córnea, a luz incidirá naquela posição correspondente na córnea. Caso o micro espelho seja desligado, como (5-4), ficando o reflexo na direção não coletável pela lente colimadora (3-18), uma região de sombra é projetada na córnea pela lente (3-8). Desta forma o padrão de modulação espacial (5-2) controlado pelo software do processador central (1-10) será diretamente replicado na córnea do paciente (3-1), ou seja, o padrão geométrico criado na matriz de espelhos será replicado na córnea.[041] In figure 5 the light beam produced by the collimator assembly (3-4) of the LED (3-5) falls on the spatial modulator (3-7), which in figure 5 is corresponding to (5-1) and is deflected by the existing micro mirrors (5-3) in the device corresponding to the spatial modulation producing matrix. The light beam falls on and is deflected by these micro mirrors (5-3) present in the device (5-1), and the emerging beam is collected by a lens (3-18) specially designed to produce the image of the region of micro mirrors, and focused by the lens (3-8) on the patient's cornea (3-1). In this way, the modulation pattern produced by the micro-mirror matrix device (5-2) is reflected and directly affects the patient's cornea (3-1), reproducing the existing pattern. So if a mirror (5-6) is turned in the direction of collimation on the cornea, the light will fall on that corresponding position on the cornea. If the micro-mirror is turned off, such as (5-4), with the reflection in the direction not collectable by the collimating lens (3-18), a shadow region is projected onto the cornea by the lens (3-8). In this way, the spatial modulation pattern (5-2) controlled by the central processor software (1-10) will be directly replicated in the patient's cornea (3-1), that is, the geometric pattern created in the mirror matrix will be replicated in the cornea.

[042] Ainda na figura 5, a produção da modulação espacial na matriz de micro espelhos (5-2) é controlado diretamente pelo processador central (1-10) de maneira esta iluminação possa ser adequadamente sincronizada e sequenciada de forma a informações sejam obtidas da superfície sendo iluminada.[042] Still in Figure 5, the production of spatial modulation in the array of micro mirrors (5-2) is directly controlled by the central processor (1-10) so that this lighting can be properly synchronized and sequenced so that information is obtained of the surface being illuminated.

[043] Esta abordagem torna possível que haja medida baseada em técnicas similares às existentes para topografia da córnea. Além disso, e constituindo importante inovação, o padrão de iluminação pode compensar eventuais movimentos do olho do paciente. O padrão de iluminação a ser projetado na córnea pela lente (3-18) e (3- 8) seguem o padrão selecionado pelo software do equipamento (6-2) que se ajusta automaticamente sobre a iluminação projetada sobre a matriz (5-3) visando compensar o movimento do olho do paciente (3- 1), movimento este capturado pelo sistema de acompanhamento do olho (1-9), (3-9) e (3-17) a ser descrito adiante.[043] This approach makes it possible for there to be measurement based on techniques similar to those existing for corneal topography. In addition, and constituting an important innovation, the lighting pattern can compensate for any movements in the patient's eye. The illumination pattern to be projected onto the cornea by the lens (3-18) and (3-8) follow the pattern selected by the equipment software (6-2) which automatically adjusts to the illumination projected onto the matrix (5-3 ) aiming to compensate the patient's eye movement (3-1), which movement is captured by the eye tracking system (1-9), (3-9) and (3-17) to be described below.

[044] Na figura 3, a elemento (3-16) consiste em um divisor de feixe desenhado para refletir toda a luz LED (3-6) para a córnea do paciente (3-1), seguindo o padrão gerado na matriz de espelhos (3-7) controlados pelo processador central (1-10). Ao mesmo tempo, este espelho permite que parte da luz passe diretamente, possibilitando que a imagem do olho do paciente seja capturada pela lente (3-17) e por uma câmera (3-9). Na presente invenção, o olho do paciente é continuamente monitorado pela câmera de posicionamento (3-9). Esta câmera é ligada ao processador central (1-10) onde rotina de reconhecimento de padrões e das estruturas do olho estão embutidas. Ao se perceber o movimento do olho, automaticamente o sistema compensa o movimento pelo deslocamento da seleção dos micro espelhos que serão ligados na matriz defletora (3-7) e (5-2). Este software de controle permite calcular a magnitude e direção dos movimentos, e automaticamente controla os desvios e ajustes no comando dos micro espelhos (3-7), deslocando a projeção de forma sincronizada e compensada. Esta abordagem permite que os movimentos do olho do paciente sejam compensados na projeção localizada da iluminação tanto nas direções verticais quanto horizontais, e também na profundidade de foco, visto que a distância também é crítica para a produção do padrão de iluminação. O ajuste contínuo de foco é feito pela lente móvel (3-8).[044] In figure 3, the element (3-16) consists of a beam splitter designed to reflect all the LED light (3-6) to the patient's cornea (3-1), following the pattern generated in the matrix of mirrors (3-7) controlled by the central processor (1-10). At the same time, this mirror allows part of the light to pass directly, enabling the image of the patient's eye to be captured by the lens (3-17) and a camera (3-9). In the present invention, the patient's eye is continuously monitored by the positioning camera (3-9). This camera is connected to the central processor (1-10) where pattern recognition routines and eye structures are built in. When the eye movement is perceived, the system automatically compensates the movement by shifting the selection of the micro mirrors that will be connected to the deflector matrix (3-7) and (5-2). This control software allows calculating the magnitude and direction of the movements, and automatically controls the deviations and adjustments in the control of the micro mirrors (3-7), shifting the projection in a synchronized and compensated way. This approach allows the patient's eye movements to be compensated for in localized projection of illumination in both the vertical and horizontal directions, and also in the depth of focus, as distance is also critical for producing the illumination pattern. Continuous focus adjustment is done by moving lens (3-8).

[045] Para que o acompanhamento do movimento do olho do paciente seja eficaz, a presente invenção possui um sistema de projeção de padrões visuais no olho do paciente. Na figura 1, na fonte de iluminação, pode ser incorporada por um LED RGB e por um adicional LED UV (1-5). Na figura 3, correspondem aos LED UV(3-5) LED RGB (3-6), no detalhe “C”. Para a perfeita combinação dos feixes UV e RGB é utilizado o dispositivo dicróico (3-12). Devido ao dispositivo dicroico (3-12), destinado ao visor de acompanhamento do olho (3-17) e (3-9), na figura 3, os LED RGB são montados em posição óptica equivalente e coaxial à projeção do LED UV. Assim, é possível durante a exposição do feixe visível na parte anterior do olho, haja a exposição de luz UV, ou seja, são projetados padrões visíveis e no UV em forma intercalada no tempo. Esta capacidade provê à presente invenção a possibilidade de ao mesmo tempo que haja seleção adequada de comprimento de ondas para o exame da córnea, o uso de catalizadores, como a riblofavina, que excitada pela luz UV produzirá fluorescência na córnea, permitindo o realce de suas estruturas. Esta capacidade é de grande valia nos casos de diagnóstico e tratamento do ceratocone, como descrito na referência [3] e se constitui em importante inovação para levantamento de topografia.[045] For the monitoring of the patient's eye movement to be effective, the present invention has a system for projecting visual patterns in the patient's eye. In figure 1, the light source can be incorporated by an RGB LED and an additional UV LED (1-5). In figure 3, they correspond to the LED UV(3-5) LED RGB (3-6), in detail “C”. For the perfect combination of UV and RGB beams, the dichroic device (3-12) is used. Due to the dichroic device (3-12), intended for the eye-following display (3-17) and (3-9), in figure 3, the RGB LEDs are mounted in an equivalent optical position and coaxial to the UV LED projection. Thus, it is possible during the exposure of the visible beam in the anterior part of the eye, there is exposure to UV light, that is, visible and UV patterns are projected in an intercalated way in time. This ability provides the present invention with the possibility of, at the same time that there is adequate selection of wavelength for the examination of the cornea, the use of catalysts, such as riblofavin, which excited by UV light will produce fluorescence in the cornea, allowing the enhancement of its structures. This ability is of great value in cases of diagnosis and treatment of keratoconus, as described in reference [3] and constitutes an important innovation for surveying topography.

[046] Na figura 2 são mostrados os padrões de iluminação para acompanhamento do olho do paciente. Sobre a íris (2-1), e a esclera (2-2), um padrão de iluminação visível (2-3) é projetado. Estes padrões visíveis possuem diversas finalidades. A primeira é produzir padrões e linhas e círculos de guiamento para o médico corretamente alinhar a córnea do paciente, tanto na posição X-Y, quanto na distância, e uma vez bem localizado o sistema automaticamente fará o acompanhamento. Este padrão de projeção permite o reconhecimento automático pelo sistema processador de imagens (1- 23) e pela câmera (3-9). O ajuste de foco dinâmico usa estas informações para o correto ajuste do feixe de iluminação (1-2) e (3-2).[046] In figure 2 are shown the lighting patterns for monitoring the patient's eye. Over the iris (2-1), and the sclera (2-2), a visible illumination pattern (2-3) is projected. These visible patterns serve several purposes. The first is to produce patterns and guiding lines and circles for the physician to correctly align the patient's cornea, both in the X-Y position and in the distance, and once well located, the system will automatically follow up. This projection pattern allows automatic recognition by the image processing system (1-23) and by the camera (3-9). Dynamic focus adjustment uses this information to correctly adjust the light beam (1-2) and (3-2).

[047] Ainda na figura 2 é apresentado alguns dos diversos padrões projetados sobre o olho do paciente, e assim se constituem em marcas fiduciais (2-3) que são automaticamente interpretados pelo processor central do sistema em (1-10). A segunda finalidade é produzir um padrão interno de visualização, a ser utilizado pelo paciente como luz guia (2-4), ou ponto de fixação visual, de forma que o médico possa instruir o paciente a acompanhar o mesmo, aumentando a possibilidade de o olho ficar na posição correta.[047] Still in figure 2 is presented some of the different patterns projected on the patient's eye, and thus constitute fiducial marks (2-3) that are automatically interpreted by the system's central processor in (1-10). The second purpose is to produce an internal visualization pattern, to be used by the patient as a guide light (2-4), or visual fixation point, so that the physician can instruct the patient to follow it, increasing the possibility of the eye stay in the correct position.

[048] Diante do exposto, em resumo a finalidade dos LEDS RGB ou UV, (1-6), (3-6) e de todo o sistema óptico de focalização e micro espelhos consiste em de produzir um padrão de iluminação (1-2), (3- 2), sobre a córnea que permita o levantamento das deformações presentes nesta, pela projeção de padrões de iluminação estruturada, similares aos anéis ou discos de Plácido, pelas técnicas comumente empregadas na medição de queratoplastia.[048] Given the above, in summary, the purpose of the RGB or UV LEDS, (1-6), (3-6) and the entire focusing optical system and micro mirrors is to produce a lighting pattern (1- 2), (3-2), on the cornea that allows the lifting of the deformations present in it, by projecting structured illumination patterns, similar to Placido's rings or discs, by the techniques commonly used in the measurement of keratoplasty.

[049] Na figura 4 são mostrados os padrões que podem ser projetados, sendo o padrão de Plácido (4-1) bem como outros, como o (4-2) senoidal alinhado horizontal, (4-3) senoidal alinhado vertical, (4- 4) linha girante, (4-5) cruciforme girante e (4-6) estrela de pontos, todos elaborados para permitem o levantamento da topografia em tempo real. A capacidade de focalizar o padrão de iluminação produzido na matriz de micro espelhos sobre a córnea é de fundamental importância, sendo necessário obter não a somente nitidez, mas também elevada profundidade de foco. Para tanto o conjunto de lentes colimadoras possuem um mecanismo de ajuste de foco que faz com o padrão de iluminação se mantenha, mediante a medição continua pelas câmeras de observação descritas a seguir.[049] In figure 4 are shown the patterns that can be designed, being the Placido pattern (4-1) as well as others, such as (4-2) horizontal aligned sinusoidal, (4-3) vertical aligned sinusoidal, ( 4- 4) rotating line, (4-5) rotating cruciform and (4-6) dot star, all designed to allow real-time surveying of the topography. The ability to focus the illumination pattern produced in the array of micro mirrors onto the cornea is of fundamental importance, being necessary to obtain not only sharpness, but also a high depth of focus. For this purpose, the set of collimating lenses has a focus adjustment mechanism that keeps the lighting pattern through continuous measurement by the observation cameras described below.

[050] Como já estabelecido na literatura médica, e empregado em diversos sistemas, os anéis de Plácido são uma forma rápida e já estabelecida de medir as deformações da córnea. Quando se deseja então utilizar o padrão (4-1), o sistema de processamento (1-10) gera a sequência adequada de chaveamento da matriz de micro espelhos (3-7) que são projetados pelo conjunto (3-18), (3-15), (3-8), (3-16). No caso especifico do padrão (4-1), simulando os discos de Plácido, bem como os padrões de linhas paralelas (4-2 e (4-3) o ajuste automático de foco move a lente (3-8) para formar a projeção dos discos em um ponto virtual além da superfície da córnea (3-1). A razão disto é produzir um padrão de imagem virtual, como se esta imagem fosse produzida por disco de Plácido real, conforme aqueles oriundos da técnica tradicional [1]. Assim pela projeção em ponto de foco equivalente a posição virtual do anel de Plácido, o reflexo na córnea permite o imageamento direto pela câmera (1-9) e (3-9). Os anéis “virtuais” são observados e medidas da topografia superficial da córnea são feitas diretamente pelas técnicas usuais, a medição das deformações dos anéis observados.[050] As already established in the medical literature, and used in several systems, Placido rings are a fast and established way to measure the deformations of the cornea. When you then want to use the pattern (4-1), the processing system (1-10) generates the appropriate switching sequence of the array of micro mirrors (3-7) that are designed by the set (3-18), ( 3-15), (3-8), (3-16). In the specific case of the pattern (4-1), simulating Placido's discs as well as the parallel line patterns (4-2 and (4-3) the automatic focus adjustment moves the lens (3-8) to form the projection of the discs on a virtual point beyond the corneal surface (3-1) The reason for this is to produce a virtual image pattern, as if this image were produced by a real Placido disc, as those from the traditional technique [1] Thus, by the projection at a focal point equivalent to the virtual position of Placido's ring, the reflection on the cornea allows direct imaging by the camera (1-9) and (3-9.) The “virtual” rings are observed and measured from the topography corneal surface are made directly by the usual techniques, measuring the deformations of the observed rings.

[051] Quando se utilizam os padrões de iluminação (4-4), (4-5) e (4- 6), a técnica empregada passa a ser outra. O padrão (4-4) produz uma linha que é diretamente focada pela lente (3-8) sobre a córnea do paciente. Esta projeção produz uma linha com forte intensidade. O perfil desta iluminação é capturado pelo conjunto de câmeras em quadratura, (3-21), a ser descrito mais adiante.[051] When using the lighting patterns (4-4), (4-5) and (4-6), the technique used becomes another. Pattern (4-4) produces a line that is directly focused by lens (3-8) on the patient's cornea. This projection produces a line with strong intensity. The profile of this lighting is captured by the set of quadrature cameras, (3-21), to be described later.

[052] Nos sistemas convencionais, como aqueles descritos na referência [1], o padrão de iluminação é projetado, e uma câmera é posicionada em ângulo, observando a projeção desta sobre a córnea. Para produzir a topografia de toda córnea, este padrão de iluminação é rotacionado, e a câmera também. Ou seja, tanto o projetor quanto a câmera são instalados sobre a mesma base giratória, cujo eixo de giro coincide com o eixo óptico do olho do paciente. Esta abordagem é muito eficiente, porém de grande complexidade mecânica e eletrônica visto que a captura de topografia somente ocorre depois de um giro de 360°.[052] In conventional systems, such as those described in reference [1], the illumination pattern is projected, and a camera is positioned at an angle, observing its projection onto the cornea. To produce the topography of the entire cornea, this lighting pattern is rotated, and so is the camera. That is, both the projector and the camera are installed on the same swivel base, whose axis of rotation coincides with the optical axis of the patient's eye. This approach is very efficient, but of great mechanical and electronic complexity since the topography capture only occurs after a 360° turn.

[053] Na presente incorporação, a inovação se refere a abordagem de medição, que se faz sem o uso das comuns bases giratórias. O sistema de captação construído para o dispositivo dessa presente inovação é formado por quatro câmeras, (3-21) permite que o dispositivo capture imagens de toda a região ocular. Pelo uso do padrão de iluminação estruturada controlado pelo software na matriz de micro espelhos (3-7), deixa de ser necessária a rotação das câmeras. A rotação é feita pelo software onde o padrão de iluminação é rotacionado de forma síncrona com a captura das câmeras. Esta propriedade decorrente da presente inovação será salientada a seguir, pela evidência da possibilidade de se criar diferentes varreduras de iluminação, que produzam projeções que seriam equivalentes às rotações físicas nos equipamentos convencionais, como aquelas bases rotativas de uma ou mais câmeras como apresentado na referencia [1] e no estado anterior da arte.[053] In the present incorporation, innovation refers to the measurement approach, which is done without the use of common swivel bases. The capture system built for the device of this present innovation is formed by four cameras, (3-21) allowing the device to capture images of the entire ocular region. Due to the use of the structured lighting pattern controlled by the software in the array of micro mirrors (3-7), it is no longer necessary to rotate the cameras. The rotation is done by the software where the lighting pattern is rotated synchronously with the capture of the cameras. This property arising from this innovation will be highlighted below, by the evidence of the possibility of creating different lighting sweeps, which produce projections that would be equivalent to the physical rotations in conventional equipment, such as those rotating bases of one or more cameras as shown in the reference [ 1] and in the prior art.

[054] Este sistema pode explicado, para efeito de descrição de funcionamento, em dois subconjuntos idênticos que operam de forma alternada e sincronizada. Cada um desses subconjuntos é formado por duas câmeras dispostas em ângulo de 90º entre si, e a linha de iluminação, que é ortogonal a direção da linha da primeira câmera, e normal a outra câmera. Na figura 6, detalhe 6A é mostrada diagrama de uma câmera observando uma linha sendo projetada na córnea, para simplificar a explicação.[054] This system can be explained, for the purpose of description of operation, in two identical subsets that operate alternately and synchronously. Each of these subsets is formed by two cameras arranged at a 90º angle to each other, and the illumination line, which is orthogonal to the direction of the first camera's line, and normal to the other camera. In figure 6, detail 6A is shown a diagram of a camera observing a line being projected on the cornea, to simplify the explanation.

[055] Na figura 6, detalhe 6A o feixe iluminador (6-2), que equivale ao (3-2), produz uma linha de iluminação, conforme o padrão estruturado (4-4) da figura 4. A córnea (6-3) exibe uma região iluminada que é capturada pela lente (6-4), de uma das câmeras (1-21), dispostas em quadratura (3-21). O plano focal da câmera é inclinado, (6-5), seguindo o princípio de Scheimpflug, de forma que a imagem de objeto mesmo estando obliquo, produzirá a imagem capturada da iluminação no olho do paciente, e devido esta inclinação adequada será posto em foco em toda sua extensão sobre o sensor (6-6).
Assim, a imagem da iluminação produz sobre o sensor (6-5) a imagem a imagem da região iluminada (6-6) da referida projeção sobre a córnea (6-2) será adequadamente capturada. A análise desta imagem permite o processamento e a observação direta da espessura da córnea.[055] In figure 6, detail 6A, the illuminating beam (6-2), which is equivalent to (3-2), produces a line of illumination, according to the structured pattern (4-4) of figure 4. The cornea (6 -3) displays an illuminated region that is captured by the lens (6-4), of one of the cameras (1-21), arranged in quadrature (3-21). The focal plane of the camera is tilted, (6-5), following the Scheimpflug principle, so that the object image, even if it is oblique, will produce the captured image of the illumination in the patient's eye, and due to this proper inclination it will be placed in focus in its entirety on the sensor (6-6).
Thus, the image of the illumination produces on the sensor (6-5) the image and the image of the illuminated region (6-6) of said projection on the cornea (6-2) will be properly captured. Analysis of this image allows processing and direct observation of corneal thickness.

[056] Conforme a figura 6, por simplificação são mostradas duas câmeras do arranjo de quatro conforme esquematizado na figura 3 (3- 21), uma câmera enxerga o perfil de toda a iluminação da córnea, como no detalhe 6B, e na medida que se rotaciona o padrão estruturado de iluminação (6-2), progressivamente se observa a projeção normal desta. Ao se girar a imagem da iluminação, digamos por 10°, como na figura 6 - detalhe 6B, a primeira câmera passa a visualizar a projeção desta linha em 80°, e a segunda em 10°. O software do equipamento combina estas duas imagens e produz matematicamente a imagem resultante pela combinação daquelas duas componentes ortogonais.[056] As shown in Figure 6, for simplification, two cameras are shown in the arrangement of four as outlined in Figure 3 (3-21), one camera sees the profile of all corneal illumination, as in detail 6B, and as if you rotate the structured pattern of illumination (6-2), you progressively observe its normal projection. By rotating the illumination image, say by 10°, as in figure 6 - detail 6B, the first camera starts to visualize the projection of this line at 80°, and the second at 10°. The equipment's software combines these two images and mathematically produces the resulting image by combining those two orthogonal components.

[057] Devido a aquisição simultânea das componentes ortogonais que esta abordagem permite, é possível a captura das imagens da projeção de luz estruturada que é espalhada para lados opostos da fina região iluminada, ou seja, é possível a captura pelas 4 câmeras simultaneamente. Na presente invenção, são quatro câmeras fixas, como aquelas mostradas na figura 3 (3-21), simultaneamente capturando a rotação do feixe de iluminação estruturada, permitindo a composição por software das imagens capturadas independentes simultaneamente. Esta abordagem permite grande velocidade de captura.[057] Due to the simultaneous acquisition of orthogonal components that this approach allows, it is possible to capture the images of the structured light projection that is spread to opposite sides of the thin illuminated region, that is, it is possible to capture by the 4 cameras simultaneously. In the present invention, there are four fixed cameras, like those shown in figure 3 (3-21), simultaneously capturing the rotation of the structured illumination beam, allowing the composition by software of the images captured independently simultaneously. This approach allows for great capture speed.

[058] E, além disso, permite o uso de padrões conjugados e especialmente desenhados. Na figura 4, o padrão de iluminação (4-5), por exemplo, cruciforme, aumenta a redundância da captura. E o padrão (4-6) se constitui de inovação decorrente da presente arquitetura. O padrão (4-6) estrela de pontos é uma matriz de pontos iluminados que são produzidos individualmente em rápida sequência. Cada ponto produz uma pequena região iluminada na córnea, todos em sequência em grande velocidade. Cada ponto é capturado pelas quatro câmeras simultaneamente, permitindo a montagem de um padrão tridimensional. Na figura 6, detalhe 6C, é mostrado o feixe (6- 2) produzindo um ponto sobre a secção da córnea (6-3) e sendo sua imagem capturada pela lente de uma câmera e projetada sobre o plano focal (6-6), A medida da secção iluminada, de forma simultânea pelas quatro câmeras, permite detalhado levantamento da topografia da córnea.[058] And, in addition, it allows the use of conjugated and specially designed patterns. In figure 4, the lighting pattern (4-5), eg cruciform, increases the capture redundancy. And the pattern (4-6) consists of innovation resulting from the present architecture. The (4-6) dot star pattern is an array of illuminated dots that are produced individually in rapid sequence. Each dot produces a small region of light on the cornea, all in sequence at high speed. Each point is captured by the four cameras simultaneously, allowing the assembly of a three-dimensional pattern. In figure 6, detail 6C, the beam (6-2) is shown producing a point on the section of the cornea (6-3) and its image being captured by a camera lens and projected onto the focal plane (6-6) , The measurement of the illuminated section, simultaneously by the four cameras, allows a detailed survey of the corneal topography.

[059] Assim, na presente invenção, o padrão de iluminação seja produzido por LED RGB, ou seja, por LED UV, bem como a projeção de anéis de Plácido, ou em luz em padrão estruturado, ou em sequência de pontos em varredura, projeção de linhas ou cruzetas, bem como as referências fiduciais de alinhamento, miras de fixação de olhar, são todas multiplexadas no tempo. O sistema central de controle e processamento intercala em sequência adequada no tempo de projeção todas estas informações pelo o controle adequado da matriz de micro espelhos digitalmente controlados. Todos os micros espelhos são adequadamente sincronizados com os controladores dos LEDs UV e RGB bem como com o processamento de imagem.[059] Thus, in the present invention, the lighting pattern is produced by RGB LED, that is, by UV LED, as well as the projection of Placido rings, or in light in a structured pattern, or in a sequence of scanning points, projection of lines or crosshairs, as well as fiducial alignment references, eye-fixing crosshairs, are all time multiplexed. The central control and processing system interleaves all this information in a suitable sequence at the projection time by the proper control of the matrix of digitally controlled micro mirrors. All micro mirrors are properly synchronized with UV and RGB LED drivers as well as image processing.

[060] Esta configuração permite aumentar significativamente a velocidade de aquisição de imagens pelo dispositivo, ao mesmo tempo em que permite uma amostragem completa do olho durante um ciclo gerado por software do feixe explorador, seja matriz de pontos, sem necessidade de bases rotativas ou peças moveis em que estariam fixadas as câmeras.[060] This setting allows you to significantly increase the speed of image acquisition by the device, while allowing a complete sampling of the eye during a software-generated cycle of the explorer beam, either dot matrix, without the need for rotating bases or parts furniture on which the cameras would be fixed.

[061] O Programa aplicativo que controla a geração de iluminação e controle da matriz de micro espelhos, a aquisição e o processamento das imagens e das informações obtidas, além da apresentação dos resultados, completa a inovação presente, permitindo a operação sincronizada e a ação coordenada de todos os elementos da incorporação descrita acima, o que permite obter um mapeamento completo da córnea do paciente.[061] The application program that controls the generation of lighting and control of the micro mirror array, the acquisition and processing of the images and information obtained, in addition to the presentation of results, completes the present innovation, allowing for synchronized operation and action coordinate of all the elements of the incorporation described above, which allows to obtain a complete mapping of the patient's cornea.

[062] O programa aplicativo (software de processamento) desenvolvido para este dispositivo permite, a partir de cada imagem digital gerada e de seu processamento, obter pontos para delinear o perfil das interfaces entre as estruturas presentes na câmara frontal do olho, que resultam na determinação da curvatura e espessura da córnea, do perfil da câmara anterior do olho e do cristalino, além de outras medidas dimensionais.[062] The application program (processing software) developed for this device allows, from each digital image generated and its processing, to obtain points to delineate the profile of the interfaces between the structures present in the frontal chamber of the eye, which result in the determination of the curvature and thickness of the cornea, the profile of the anterior chamber of the eye and lens, in addition to other dimensional measurements.

[063] O brilho de cada elemento da imagem (pixel), presente no sensor (6-5) das câmeras (3-21) e (3-9), são medidos, comparados e classificados, relativamente a níveis de magnitude pré-estabelecidos, produzindo como resultado uma nova imagem com contraste aumentado, na qual as bordas são muito mais definidas.[063] The brightness of each image element (pixel), present in the sensor (6-5) of the cameras (3-21) and (3-9), are measured, compared and classified, relative to pre-magnitude levels. resulting in a new image with increased contrast, in which the edges are much more defined.

[064] Essas bordas são tratadas através da aplicação de filtros matemáticos, como a transformada de Hough, que fornece os parâmetros das curvas que melhor as representam, e a partir destas curvas são obtidas as posições dos elementos de imagem digital, que equivalem a marcação de pontos de coordenadas (x,y). Esses pontos, por sua vez, servem para determinar distâncias, espessuras, raios de curvatura, áreas e permitem a construção de representações gráficas destas grandezas, tudo através de técnicas e relações matemáticas já conhecidas.[064] These edges are treated through the application of mathematical filters, such as the Hough transform, which provides the parameters of the curves that best represent them, and from these curves the positions of the digital image elements are obtained, which are equivalent to marking of coordinate points (x,y). These points, in turn, serve to determine distances, thicknesses, radii of curvature, areas and allow the construction of graphical representations of these quantities, all through known techniques and mathematical relationships.

[065] O programa presente em (1-10) combina adequadamente as múltiplas imagens capturadas pelas quatro câmeras ortogonais, imagens geradas pela rotação do padrão de iluminação e constrói uma coleção de finas seções da câmara frontal do olho, obtidas com pequena diferença de ângulo. O número de aquisições em diferentes ângulos é ajustável de acordo com a resolução desejada para o diagnóstico. Obtém-se desta maneira uma composição de pontos, em função do ângulo de giro da projeção da iluminação, e distância radial a esse eixo de giro, para construir uma representação gráfica tridimensional da superfície interna e externa da córnea, e determinar o volume das estruturas ou anomalias na câmara frontal.[065] The program presented in (1-10) adequately combines the multiple images captured by the four orthogonal cameras, images generated by the rotation of the lighting pattern and builds a collection of thin sections of the eye's frontal chamber, obtained with a small angle difference . The number of acquisitions at different angles is adjustable according to the desired resolution for the diagnosis. In this way, a composition of points is obtained, depending on the angle of rotation of the illumination projection, and radial distance to this axis of rotation, to build a three-dimensional graphic representation of the inner and outer surface of the cornea, and determine the volume of the structures or anomalies in the front chamber.

[066] A aquisição das imagens através de da composição ortogonal de imagens obtidas em quadratura permite uma grande concentração de pontos próximos do eixo óptico do olho, que fornece uma resolução maior da representação gráfica nesta região, o que é muito conveniente nos casos de ceratocone. Além, é claro, dos pontos que são obtidos automaticamente pelo programa aplicativo, ainda é possível medir diretamente sobre as imagens as distâncias entre quaisquer outros pontos ou a densidade do meio.[066] The acquisition of images through the orthogonal composition of images obtained in quadrature allows a large concentration of points close to the optical axis of the eye, which provides a higher resolution of the graphical representation in this region, which is very convenient in cases of keratoconus . In addition, of course, to the points that are automatically obtained by the application program, it is also possible to measure the distances between any other points or the density of the medium directly on the images.

[067] O programa aplicativo utiliza um algoritmo que fornece critérios para decidir se ocorreu excessivo movimento do olho, tenta automaticamente compensa-lo pelo deslocamento do padrão sendo produzido pela matriz de micro espelhos, ou se o eixo da iluminação projetada não estava bem alinhado ao eixo óptico do olho, pelas discrepâncias entre as imagens obtidas entre si, e pelos valores esperados e obtidos em calibração prévia, e assim pode descartar medidas incorretas.[067] The application program uses an algorithm that provides criteria to decide if excessive eye movement occurred, automatically tries to compensate for it by the displacement of the pattern being produced by the array of micro mirrors, or if the projected illumination axis was not well aligned with the optical axis of the eye, due to discrepancies between the images obtained from each other, and the expected values obtained in previous calibration, and thus can rule out incorrect measurements.

Claims

SYSTEM ARCHITECTURE TO DETERMINE THE TOPOGRAPHY OF THE CORNEA AND DIAGNOSIS OF THE ANTERIOR EYE CHAMBER BY DIGITAL SCAN, characterized by the fact that it is constituted by a system for ophthalmological examination consisting of an architecture, method and equipment that through the generation of illumination in structured patterns , projected in sequence on the cornea, and synchronized with the respective capture of the images of these patterns by a set of cameras, and which, through the processing of the captured images, allow the production of a diagnosis of the frontal chamber of the eye, measurements of the profile and thickness of the cornea , a graphical representation of the topography of the cornea and the densitometry of the frontal chamber of the eye;

SYSTEM ARCHITECTURE TO DETERMINE THE TOPOGRAPHY OF THE CORNEA AND DIAGNOSIS OF THE ANTERIOR EYE CAMERA BY DIGITAL SCAN, according to claim 1, characterized in that it is composed of a RGB or UV colored LED light source (1-6 and 1-5), system focusing and homogenization optical system (1-4), beam deflection and scanning generator system (1-3), projection optical system (1-24) , their respective focus control system (1-8) and generation of scanning pattern (1-7), an optical system for observation and monitoring of the eye (1-9), topography survey cameras (1-21), image acquisition system (1-22), system of image processing (1-23), and a central processor that coordinates and controls the respective functions of the described parts (1-10);

SYSTEM ARCHITECTURE TO DETERMINE THE TOPOGRAPHY OF THE CORNEA AND DIAGNOSIS OF THE ANTERIOR EYE CAMERA BY DIGITAL SCAN, according to claims 1 and 2, characterized in that it has RGB or UV colored LED light source (1-6 and 1-5), controlled by a main control circuit, in closed loop by means of a power driver (1-11), a current sensor (1-12), a main photodiode for monitoring the emitted lights (1-13), and a safety photodiode (1-14) that continuously monitors the emission, ensuring that the exposure limits of the corneal tissues are observed and maintained within the normative requirements, and a watchful circuit (1-15) that guarantees the correct functioning of the entire set, through periodic checks on the perfect functioning of the central processor (1-10);

SYSTEM ARCHITECTURE TO DETERMINE THE TOPOGRAPHY OF THE CORNEA AND DIAGNOSIS OF THE ANTERIOR EYE CAMERA BY DIGITAL SCAN according to claims 1, 2 and 3, characterized in that the optical beam deflection and scanning system (1-3) is constituted by structured light generator, composed of an array of digitally controlled micro mirrors, which can be configured by the central processor (1-10) and its controller (1-7) to generate different lighting patterns, synchronized with the cameras for capturing images (1-21), in order to extract information from the topography of the cornea by analyzing the images resulting from the structured illumination pattern;

SYSTEM ARCHITECTURE TO DETERMINE THE TOPOGRAPHY OF THE CORNEA AND DIAGNOSIS OF THE ANTERIOR EYE CAMERA BY DIGITAL SCAN according to claims 1, 2, 3, and 4, characterized in that it is equipped with a lighting system produced by RGB or UV LED ( 3-6) and (3-5), combined on the same optical axis by a dichroic combiner (3-12), which allows sampling by a safety sensor (3-13) and a power feedback sensor (3-14) , combined with an optical system for the production of a homogeneous beam (3-4), designed to produce in a reticle (3-11) adequate illumination of its opening, which will be projected onto the matrix of digitally controlled micro mirrors (3-7), and it will produce, through the proper combination of activation of its micro mirrors, a lighting pattern that will be captured by a lens system (3-18), directional mirrors (3-15) and semi-mirror (3-16), with a lens focusing on the cornea (3-8), on the patient's eye (3-1);

SYSTEM ARCHITECTURE TO DETERMINE THE TOPOGRAPHY OF THE CORNEA AND DIAGNOSIS OF THE ANTERIOR EYE CAMERA BY DIGITAL SCAN according to claims 1, 2, 3, 4, and 5, characterized in that the structured light pattern will be produced by the matrix of digitally controlled micro mirrors (3-7), and when an element of it is activated or turned on, (5-6), its reflection is directed to the collector lens (3-18), focused by the lens (3-8) on the patient's cornea (3-2) in the eye (3-1), and when an element of this micro-mirror array is not activated, (5-2), it will deflect the illumination onto the diffuse shield (3-10) , thus not generating an illuminated point on the patient's cornea (3-2) and (3-1);

SYSTEM ARCHITECTURE TO DETERMINE THE TOPOGRAPHY OF THE CORNEA AND DIAGNOSIS OF THE ANTERIOR EYE CAMERA BY DIGITAL SCAN according to claims 1, 2, 3, 4, 5 and 6 characterized by the existence of a camera aligned with the optical axis of projection on the eye of the patient (3-2) of a camera (3-9), which through the semi-mirror (3-16) and optical system for observation and monitoring of the eye (3-17), as well as the existence of four cameras arranged in quadrature, 90°, (3-21), or alternatively three in a triad every 120°, all designed to capture the projected image of the structured lighting pattern (3-2), produced by the array of digitally controlled micro mirrors (3- 7), and the monitoring of the patient's eye is done by projecting structured patterns of illumination according to (2-3), projected onto the cornea, as well as by the production of fixation guide light by the patient (2-4), of so that the lighting pattern generation controller program (1-7) can automatically compensate the generation of these patterns in the micro-mirror array, (5-3), shifting the pattern (5-6) according to the displacement perceived by the camera (3-9);

SYSTEM ARCHITECTURE TO DETERMINE THE TOPOGRAPHY OF THE CORNEA AND DIAGNOSIS OF THE ANTERIOR EYE CHAMBER BY DIGITAL SCAN according to claims 1, 2, 3, 4, 5, 6 and 7, characterized in that the structured light pattern generator ( 1-3), composed of an array of digitally controlled micro mirrors (3-7) and (5-1), controlled by the central processor (1-10), produce lighting patterns suitable for image processing, and can generate the patterns of Placido (4-1), sinusoidal patterns of parallel vertical (4-2) and horizontal (4-3) lines, illuminated (4-4) rotating, cruciform (4-5) lines or slits, and also produce in rapid sequences scanning points according to the point star (4-6), not limited to these, and can produce any pattern that becomes suitable for analyzing the deformations of the cornea, by digital processing, synchronized with the acquired image acquisition cameras (3 -21) and (3-9), by the analysis and processing system of these images (1-23);

SYSTEM ARCHITECTURE TO DETERMINE THE TOPOGRAPHY OF THE CORNEA AND DIAGNOSIS OF THE ANTERIOR EYE CHAMBER BY DIGITAL SCAN according to claims 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 and 8, characterized by obtaining complete mapping of the cornea and chamber anterior of the eye, equivalent to a 360º rotation, by the rotation of the structured light generator pattern produced by the array of micro mirrors (3-7), by the adequate image capture geometry by the set of cameras (3-21), obeying the "scheinpflug" geometry, to allow the processing of the various sections obtained in a synchronized sequence of capture and illumination, by acquiring images through the orthogonal composition of images obtained in quadrature, or by acquiring images from points close to the optical axis of the eye , using algorithms to decide if excessive eye movement has occurred, automatically compensating for the displacement of the pattern being produced by the array of micro mirrors (5-3).