BR112019009614A2

BR112019009614A2 - sistema para medir integralmente parâmetros clínicos da função visual

Info

Publication number: BR112019009614A2
Application number: BR112019009614A
Authority: BR
Inventors: García Ramos Eva
Original assignee: E Health Technical Solutions S L
Priority date: 2016-11-10
Filing date: 2017-10-27
Publication date: 2019-08-13
Also published as: CA3043276A1; KR20190104137A; IL266461B2; US11559202B2; US20190254519A1; RU2019116179A; KR102489677B1; EP3320829A8; WO2018087408A1; CA3043276C; CN110167421B; RU2754195C2; IL266461A; JP2019535401A; AU2017359293A1; CN110167421A; EP3320829A1; RU2019116179A3; BR112019009614A8; IL266461B1

Abstract

sistema para medir integralmente os parâmetros clínicos da função visual, incluindo uma unidade de exibição (20) para representar uma cena com um objeto 3d com características variáveis, como posição virtual e volume virtual do objeto 3d dentro da cena; sensores de movimento (60) para detectar a posição da cabeça do usuário e a distância da unidade de exibição (20); sensores de rastreamento (10) para detectar a posição de pupilas do usuário e distância pupilar; uma interface (30) para a interação do usuário na cena; meios de processamento (42,44) para analisar a resposta do usuário com base nos dados provenientes de sensores (60,10) e da interface (30), com as variações características do objeto 3d; e com base na estimativa de uma pluralidade de parâmetros clínicos da função visual relacionados à binocularidade, acomodação, motilidade ocular e percepção visual.

Description

“SISTEMA PARA MEDIR INTEGRALMENTE PARÂMETROS CLÍNICOS DA FUNÇÃO VISUAL”

Campo Técnico da Invenção [0001] A presente invenção pertence à área de sistemas e métodos para medir parâmetros clínicos da função visual. Mais especificamente, refere-se às técnicas que usam realidade virtual imersivamente para medir esse tipo de parâmetros.

Estado da Técnica [0002] Atualmente, a medição deste tipo de parâmetros clínicos da função visual requer um especialista clínico com uma sessão em que o paciente é testado através de vários testes e optótipos. É comum que o componente pessoal e manual do processo de medição forneça resultados subjetivos, dificilmente reprodutíveis e meramente qualitativos.

[0003] Por outro lado, as medições são realizadas de forma independente com base na função visual a ser testada. Isso faz com que os resultados às vezes não sejam válidos, já que a influência de outros fatores não é considerada. Por exemplo, sabese que os pacientes geralmente compensam uma anomalia específica ou comprometem sua função visual com o uso integral das outras funções visuais.

[0004] Em suma, atualmente a capacidade de adaptação do paciente não é levada em consideração e, portanto, as ações destinadas a corrigir uma anomalia concreta podem resultar, na prática, em um agravamento global da visão do paciente. Além disso, as medições e testes no paciente são afetadas pela subjetividade do especialista que os realizam, limitando assim significativamente a reprodutibilidade e a consistência dos resultados experimentais obtidos.

Breve Descrição da Invenção

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2/12 [0005] A presente invenção refere-se a um sistema para medir integralmente os parâmetros das funções oculares, oculomotoras e visuais, preferencialmente em tempo real e para gerar terapia e treinamento para melhoria da função visual.

[0006] Para este propósito, sensores de rastreamento que detectam a posição das pupilas do usuário, uma unidade de exibição de três dimensões (3D) reproduzindo certas cenas para o usuário com objetos 3D com propriedades predeterminadas em relação ao tamanho, forma, cor, velocidade, etc. foram selecionados com base no tipo de teste que deve ser realizado como parte da sessão. Sensores de movimento detectam os movimentos do usuário de modo que a unidade de exibição pode adaptar a cena e fornecer a ela um caráter imersivo.

[0007] O sistema também inclui uma interface com a qual o usuário pode interagir. Em particular, a interface recebe comandos do usuário para interagir com o sistema de exibição. Esses comandos podem ser registrados de muitas maneiras diferentes (por meio de botões de controle, comandos de voz, luvas, etc.).

[0008] O sistema também implementa meios de processamento que gerenciam a unidade de exibição, o sensor e a interface de maneira coordenada. Assim, a resposta do usuário aos estímulos visuais gerados na unidade de exibição é detectada pelo sensor e transmitida aos meios de processamento para medir os parâmetros clínicos.

[0009] Um ponto importante na presente revelação reside na tecnologia baseada na realidade virtual que permite gerar ambientes para interação com o usuário. Em particular, o que se busca é a capacidade de imersão no ambiente virtual. Isto é particularmente interessante para criar condições que são semelhantes às reais para o usuário, e que assim permitem sua reprodução repetidas vezes se desejado. Para esse propósito, é necessário que a unidade de exibição seja

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3/12 acoplada aos sensores de movimento transportados pelo usuário. Em algumas modalidades, isso pode ser óculos de realidade virtual, em outras, uma tela 3D e óculos polarizados. Em qualquer caso, o acoplamento dos sensores de movimento e da unidade de exibição permite que a imagem 3D seja mostrada adaptada ao movimento ou posição da pessoa, fazendo com que o usuário se sinta em movimento ao longo do ambiente virtual exibido, ou seja, imerso nele de preferência com um campo visual mínimo de 60° de modo a ser capaz de realizar adequadamente a avaliação, terapia e treinamento da função visual. Para alcançar o acima exposto, uma coordenação precisa é importante entre os elementos que participam de uma sessão. Dessa forma, o usuário é primeiramente introduzido com um ambiente de Realidade Virtual em 3D destinado ao usuário a ser imerso nele. No referido ambiente 3D, alguns objetos 3D serão exibidos por meio de “optótipos” que se destinam a atuar como o estímulo sobre o qual o usuário deve focar sua visão e que estão relacionados ao teste a ser realizado.

Breve descrição das figuras [0010] A Figura 1 mostra um diagrama de blocos simplificado, de acordo com uma possível modalidade da invenção.

[0011] As FIGs. 2A, 2B mostram um exemplo de uma medição de um usuário saudável olhando uma cena com um objeto 3D em movimento.

[0012] As FIGs. 3A, 3B mostram um exemplo de uma medição de um usuário que tem uma disfunção que está olhando para uma cena com um objeto 3D em movimento.

[0013] A Figura 4 mostra um diagrama de resumo com as etapas gerais sendo implementadas em uma modalidade.

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Descrição detalhada da invenção [0014] Uma modalidade exemplificativa não limitante é explicada em maior detalhe com referência às figuras anteriores.

[0015] A FIG. 1 ilustra um sistema para medição integral dos parâmetros clínicos da função visual em tempo real, incluindo vários componentes. Existe um sensor de rastreamento 10 que é usado para detectar periodicamente a posição das pupilas do usuário. Assim, não apenas a direção muda, mas também a velocidade pode ser medida. Geralmente, o sensor de rastreamento 10 permite medir vários parâmetros com base no teste específico que está sendo realizado na sessão. As FIGs. 2 e 3 ilustram este aspecto da invenção em maior detalhe. Por exemplo, o sensor de rastreamento 10 pode tomar valores para a posição do olho direito e esquerdo, para a posição do objeto que o usuário está olhando (através de ambos os olhos e separadamente), distância olho-sensor, tamanho da pupila, distância interpupilar, velocidade do movimento dos olhos, etc. Geralmente, para realizar a operação de medição, o sensor de rastreamento 10 compreende um par de câmeras destinadas a serem focadas nos olhos do usuário e capturar seus movimentos e posição. Isso requer uma frequência de amostragem que seja alta o suficiente para capturar os movimentos rápidos dos olhos. Ele também deve calcular a posição dentro do ambiente virtual gerado para o qual o usuário está olhando. O sensor de rastreamento 10 é essencial para uma medição optométrica correta. Uma grande quantidade de disfunções é detectada por meio de movimentos anômalos dos olhos contra vários estímulos. Para razões de clareza, as FIGs. 2 e 3 mostram exemplos de como as medições tomadas pelos sensores 10, 60 estão associadas a uma condição visual do usuário, com ou sem uma possível disfunção, respectivamente.

[0016] Uma unidade de exibição 20 com recursos imersivos em 3D reproduz ou projeta cenas do usuário com recursos de profundidade, incluindo objetos 3D com propriedades predeterminadas em relação a tamanho, forma, cor, localização no

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5/12 cenário, distância do usuário, se está parado ou em movimento, etc. Essas cenas, incluindo objetos 3D, funcionam como optótipos e podem ser selecionadas no sistema de acordo com o tipo de teste a ser realizado, permitindo gerar certos estímulos visuais no usuário. Assim, uma pluralidade de cenas pode ser projetada para o usuário tendo diferentes desafios visuais e estímulos, seja para avaliação, terapia ou treinamento da função visual.

[0017] O sistema também inclui uma interface 30 para a interação do usuário. Particularmente, a interface recebe comandos do usuário para controlar a unidade de exibição 20 e outros elementos do sistema. A interface 30, por sua vez, também pode transmitir instruções para o teste ao usuário. Assim, o sistema pode medir a resposta às ações do usuário (movimento, posição no ambiente 3D, pressionando botões, etc.).

[0018] O sistema também inclui meios de processamento 40, preferivelmente implementados como um servidor 42, e um terminal 44 que compartilha coordenadamente o gerenciamento da unidade de exibição 20, do sensor 10 e do controle da interface 30, de modo que as respostas visuais do usuário podem ser detectadas pelo sensor 10 e transmitidas para o servidor 42 para medição dos parâmetros clínicos da função visual. Além disso, a unidade de exibição 20 permite a adaptação da imagem 3D representada de acordo com o movimento do usuário. A unidade de exibição 20 pode incluir um sistema de dissociação (como óculos polarizados ou similares).

[0019] O teste é iniciado preferencialmente através da interface 3D. Ao visualizar uma cena concreta, os estímulos visuais do usuário que foram detectados pelo sensor 10 em um determinado momento, estão associados aos objetos 3D representados naquele momento na unidade de exibição 20. Essas mudanças na posição das pupilas do usuário são detectadas e combinadas com os movimentos

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6/12 feitos pela cabeça do usuário que são detectados por meio de um sensor de movimento 60. O acoplamento dos sensores de movimento 60 e da unidade de exibição 20 permite mostrar a imagem 3D a ser adaptada ao movimento ou a posição da pessoa, fazendo com que o usuário se sinta realmente em movimento através do dito ambiente virtual no qual está imerso.

[0020] Os dados são processados e as propriedades dos objetos 3D são associadas aos estímulos gerados detectados pelos sensores 10, 60. Isso permite medir parâmetros clínicos da função visual sob condições reproduzíveis e controláveis. Assim, por meio do processamento adequado dos dados que estão sendo obtidos, o comportamento visual do usuário, o movimento dos olhos, a convergência, etc., podem ser conhecidos. Além disso, os parâmetros clínicos da função visual podem ser comparados a uma faixa esperada, de modo a avaliar se existe algum problema.

[0021] Como foi indicado, em conjunto com a visualização dos objetos 3D na unidade de exibição 20, o sensor de rastreamento 10 rastreia o olhar do usuário no dito ambiente de Realidade Virtual. O sensor de rastreamento 10 registra:

- A posição dos olhos (esquerda e direita).

- Localização para a qual cada olho olha (separadamente).

- Localização na qual o usuário olha usando os dois olhos em combinação no ambiente 3D.

[0022] Também, ao mesmo tempo, instruções podem ser mostradas para orientar os usuários, explicando o que eles devem fazer a cada momento. Essas instruções podem ser por meio de texto ou áudio através de uma interface 30. A referida interface 30 também permite ao usuário interagir com objetos 3D da cena sendo representada pela unidade de exibição 20. A interação com o usuário começa naquele momento e as respostas dadas aos estímulos mostrados, que são as medições, devem ser registradas.

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7/12 [0023] Essas respostas do usuário podem, por exemplo, entre outras, ser por meio de:

- Movimento do dispositivo (em qualquer direção no espaço).

- Posição do dispositivo dentro do ambiente de Realidade Virtual.

- Pressionamento dos botões do dispositivo.

- Comandos de voz.

[0024] Na situação descrita acima, para as tarefas anteriores, o processo é preferencialmente executado em um terminal de cliente 44, embora estes tenham sido fornecidos (baixados) a partir de um servidor externo 42. Um ambiente distribuído permite reduzir os requisitos técnicos do terminal 44, um controle centralizado dos testes realizados em diferentes usuários, acesso a dados estatísticos, etc. Por exemplo, as operações e cálculos mais pesados podem ser executados no servidor 42 que descarrega a carga de trabalho de processamento a partir do terminal 44. Da mesma forma, as características que podem ser estabelecidas para um teste podem ser definidas a partir do servidor 42:

- O ambiente da Realidade Virtual a ser usado.

- Os objetos 3D e suas características (tamanho, distância, cores, movimento, )

- Quais instruções dar ao usuário.

- Quando capturar informações com o sensor de rastreamento 10.

- Quando capturar informações com a interface do usuário 30.

- Quais dados devem ser registrados e gerados como resultado da tarefa de execução.

[0025] Quanto aos dados a serem registrados, existem dados provenientes dos sensores 10, 60 e também através da interação com o usuário com a interface 30.

[0026] Uma vez terminado todo o tratamento local dos dados, estes são agrupados e

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8/12 enviados para o servidor 42 para armazenamento e subsequente análise dos mesmos. Assim, estatísticas, novos testes, recomendações, terapias, etc., podem ser realizados.

[0027] Por exemplo, pode-se verificar se os valores obtidos para determinados parâmetros estão dentro dos limites de tolerância de acordo com estudos científicos armazenados no servidor 42. Por outro lado, uma nova cena pode ser projetada como recomendação que atua como terapia ou treinamento para melhorar algumas das funcionalidades para as quais o teste forneceu um resultado pior.

[0028] As FIGs. 2A e 2B ilustram um exemplo em que um usuário interage com o sistema em dois instantes de tempo. Em um instante inicial t=ti, o sistema representa um modelo 3D na unidade de exibição 30 que corresponde a um trem que corre ao longo de uma linha férrea.

[0029] O usuário transporta um sensor de movimento 60 para registar, em ambos os instantes de tempo, os movimentos da cabeça (Xic, yic), (Xfc, Yfc) e a distância Die, Dfc com a unidade de exibição 20. De modo similar, um sensor de rastreamento 10 registra os movimentos pupilares do usuário em ambos os instantes de tempo, fornecendo mais informações sobre a posição de ambas as pupilas. Direita: (xi1,yi1, zi1), (xf1, yf1, zf1); Esquerda: (xi2,yi2, zi2), (xf2, yf2, zf2).

[0030] Por outro lado, a unidade de exibição 20 representa o objeto 3D em duas posições virtuais diferentes (xio, yio, zio), (xfo, yfo, zfo) e com dois volumes diferentes em cada instante de tempo Vio, Vfo. Outras propriedades, como a cor do objeto 3D, podem variar em função do teste a ser realizado na sessão.

[0031] Quando o processamento dos valores acima ocorre, é verificado se os olhos do usuário estão adequadamente coordenados com o movimento do objeto 3D na

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9/12 cena. O comportamento visual corresponde a um indivíduo saudável.

[0032] As FIGs. 3A e 3B ilustram esquematicamente o caso acima, onde o comportamento visual do usuário não responde adequadamente aos estímulos. Como pode ser visto, na FIG. 3A, o usuário não alinha corretamente o eixo visual de seu olho esquerdo (xi2, yi2, zi2) no objeto de interesse (Vio), revelando uma limitação de sua visão binocular (estrabismo). Neste caso, o ângulo de desvio (Fig. 38) é mantido constante, movendo o objeto de interesse (Vto), indicando uma condição comitante, isto é, tem o mesmo ângulo de desvio em diferentes posições do olhar. Esta informação é fundamental para determinar a gravidade da condição, bem como a do tipo de recomendação da terapia visual, a fim de restabelecer a binocularidade do indivíduo.

[0033] Claramente, a cena escolhida é apenas um exemplo. Outras poderíam ser um aquário com peixes de formas, cores e tamanhos diferentes, que continuam aparecendo e desaparecendo; uma estrada com um carro se aproximando do usuário; buracos com moles saindo aleatoriamente, etc. Nessas cenas, os parâmetros podem ser medidos objetivamente e também todos juntos (sem subestimar uma influência existente entre eles).

[0034] A FIG. 4 ilustra brevemente uma possível sequência de ações durante a operação do sistema para um teste. Em uma primeira etapa, 50 informações pessoais relevantes do usuário são registradas. De preferência, os dados introduzidos são: sexo, idade, hábitos, etc., para os quais a interface 30 pode ser usada. O usuário, por meio do terminal 44, faz um pedido ao servidor 42 como cliente e o aplicativo associado ao tipo de teste selecionada é instalado.

[0035] O usuário se coloca em frente da unidade de exibição 20, as instruções são dadas ao usuário através da interface 30 ou da unidade de exibição 20 de modo a

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10/12 posicionar o sensor de rastreamento 10 corretamente ou a assentá-lo na posição apropriada em relação à unidade de exibição de acordo com o sensor de movimento 60. Então, na etapa 51, é representada uma cena relacionada com o teste a ser selecionado, com um ou vários objetos 3D cujas propriedades mudam ao longo do tempo ou com a interação do usuário.

[0036] O usuário e a unidade de exibição interagem através da interface 30 na etapa 52. Em geral, o usuário pode receber instruções durante o teste, usando gráficos e áudio. Por exemplo, a interface 30, pode incorporar qualquer elemento para facilitar a interação do usuário com objetos 3D da cena 30 representada na unidade de exibição 20.

[0037] Os sensores 10, 60 detectam os valores na etapa 53 enquanto a cena está sendo reproduzida. Esses dados devem ser enviados com uma latência mínima para o terminal 44.

[0038] O terminal 44 recebe os dados capturados e pré-processa e envia-os para o servidor 42 de modo a obter valores de parâmetros clínicos da função visual na etapa 54.

[0039] Uma vez terminado o teste ou a sessão com testes diferentes, o terminal 44 envia os dados a serem obtidos para o servidor 42 para armazenamento e posterior processamento dos mesmos. Particularmente, os parâmetros são comparados com um intervalo esperado para o perfil de usuário na etapa 55.

[0040] Quando o servidor 42 processou os dados a serem obtidos, relaciona-os com uma possível disfunção na etapa 56.

[0041] Finalmente, o servidor gera possíveis recomendações para melhorar a

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11/12 disfunção na etapa 57 e as transmite para o terminal 44, a fim de mostrá-las ao usuário, juntamente com os resultados obtidos.

[0042] Graças à tecnologia utilizada, os testes são realizados objetiva e integralmente, de forma personalizada, e permitem identificar diferentes disfunções visuais. Especialmente aqueles que limitam as capacidades de alinhamento dos olhos sobre o objeto de interesse (insuficiência de convergência, excesso de divergência, inflexibilidade de vergências) ou capacidade de focalização (insuficiência de acomodação, excesso de acomodação, inflexibilidade de acomodação) ou limitação de mudar o olhar de um objeto para o outro (movimentos oculares sacádicos) ou rastreamento de um objeto (movimentos de busca suave) ou as habilidades viso-perceptuais necessárias para identificar e gerenciar informações sobre nosso ambiente. Todos eles podem ser avaliados e treinados de maneira personalizada (não apenas com base nas condições em que o teste foi realizado, mas também no desenvolvimento de cada sessão de trabalho). Por outro lado, uma grande variedade de visualizações pode ser fornecida para o mesmo exercício, o que permite uma melhor adaptação às demandas visuais diárias e manter o interesse e a atenção em realizar os exercícios.

[0043] Deve ser observado que a presente invenção não é apenas útil para identificar disfuncionais, mas também para treinar as atividades físicas e técnicas de usuários saudáveis por meio de estímulos visuais e desafios. Isso pode ser aplicado diretamente em esportistas e crianças, e pode ser ampliado tanto para profissionais específicos (motoristas, pilotos, ...) e amadores (habilidades em lidar com miniaturas, jogos de entretenimento,...) demandas visuais.

[0044] Deve ser observado que uma das vantagens da presente revelação é que apenas é necessário um espaço reduzido para acomodar os dispositivos necessários. Por exemplo, para uma modalidade usando uma tela configurada como

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12/12 uma unidade de exibição 20, tudo pode ser colocado em uma mesa a uma distância do usuário, que estará de preferência sentado, entre 50 cm e 1 m, junto com um computador como um elemento fazer parte dos meios de processamento 40. O resto dos elementos são transportados pelo usuário na cabeça e nas mãos (dispositivos de controle, luvas,...). Ainda menos elementos, no caso de uma modalidade em que a unidade de exibição 20 é um par de óculos de realidade virtual.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Sistema para medir integralmente parâmetros clínicos da função visual, caracterizado pelo fato de que compreende:

- uma unidade de exibição (20) configurado para representar uma cena em que pelo menos um objeto 3D tem características variáveis para promover uma resposta visual no usuário, em que as ditas características variáveis incluem pelo menos a posição virtual (Χο,Υο,Ζο) e o volume virtual (Vo) do objeto 3D dentro da cena;

- uma pluralidade de sensores de movimento (60) configurados para detectar a posição da cabeça do usuário (X_c,Yc) e a distância (D_c) da unidade de exibição (20);

- uma pluralidade de sensores de rastreamento (10) configurados para detectar a posição das pupilas do usuário (x_P, y_P, z_P) e diâmetro pupilar (d_P);

- uma interface (30) configurada para permitir que o usuário interaja na cena;

- meios de processamento (42, 44) configurados para analisar a resposta do usuário com base em:

associar os dados provenientes dos sensores (60,10) e da interface (30) à variação das características do objeto 3D representado na unidade de exibição;

estimar uma pluralidade de parâmetros clínicos da função visual do usuário.
2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por as características são variáveis em função do tempo de acordo com uma programação predeterminada.
3. Sistema, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por as características variáveis também incluem cor do objeto 3D.
4. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 - 3, caracterizado por as características são variáveis em função da interação do usuário através da interface (30).

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5. Sistema, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por a interface (30) compreender pelo menos um dos seguintes: uma caneta digital, uma luva, um dispositivo de controle ou similares.
6. Sistema, de acordo com qualquer das reivindicações de 1 - 5, caracterizado por a unidade de visualização (20) compreender uma tela 3D.
7. Sistema, de acordo com qualquer das reivindicações de 1 - 6, caracterizado por a unidade de visualização (20) compreender óculos de Realidade Virtual.
8. Sistema, de acordo com qualquer das reivindicações de 1- 7, caracterizado por a unidade de visualização (20) compreender um sistema de dissociação.
9. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 - 8, caracterizado pelo fato de que os meios de processamento (42, 44) também são configurados de modo a comparar os parâmetros clínicos estimados da função visual com uma gama armazenada de valores de referência e a estabelecer uma possível disfunção visual baseada na comparação.
10. Sistema, de acordo com a reivindicação 8 ou 9, caracterizado por a comparação com uma faixa de valores de referência é realizada com base no perfil de usuário que inclui pelo menos informação de idade.
11. Sistema, de acordo com qualquer das reivindicações de 1 - 10, caracterizado pelo fato de que os meios de processamento compreendem um terminal cliente (44) e um servidor (42), em que o terminal cliente (44) é configurado para receber e processar os dados medidos por sensores (10, 60) e enviá-los para o servidor (42).

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12. Sistema, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o servidor (42) é configurado para comparar os valores com uma base de dados com valores de referência.
13. Sistema, de acordo com qualquer das reivindicações de 1 - 12, caracterizado pelo fato de que a função visual dos parâmetros clínicos refere-se a pelo menos um dos seguintes: binocularidade, acomodação, motilidade ocular ou percepção visual.