BRPI0802388A2 - disco de plácido cromático para mapeamento preciso de córnea altamente distorcida - Google Patents

Abstract

DISCO DE PLáCIDO CROMáTICO PARA MAPEAMENTO PRECISO DE CóRNEA ALTAMENTE DISTORCIDA. Refere-se a presente patente a um disco de Plácido cromático para mapeamento preciso de cómeas altamente distorcidas, utilizado em TopógrafoS, apresentando um resultado 30 vezes mais preciso, quando comparado a um topógrafo convencional.

Description

DISCO DE PLÁCIDO CROMÁTICO PARA MAPEAMENTOPRECISO DE CÓRNEA ALTAMENTE DISTORCIDA.

Refere-se a presente patente a um disco de Plácido cromático paramapeamento preciso de córneas altamente distorcidas, utilizado emTopógrafo, apresentando um resultado 30 vezes mais preciso, quandocomparado a um topógrafo convencional.

Atualmente, a córnea é responsável pela maior parte do poder derefração total do sistema óptico do olho. Há 150 anos pesquisadores têmtentado descrever suas características topográficas. O método mais antigode análise topográfica utiliza as características especulares de reflexão dasuperfície de lágrima que se forma sobre a porção anterior da córnea.Assim, esta pode ser tratada opticamente como um espelho. Diversos tiposde imagens, em formato de linhas, quadrados, e anéis concêntricos, eramprojetadas na superfície anterior para que, através de análises subjetivas, ascurvaturas corneanas pudessem ser investigadas.

Em 1820, o oftalmologista francês Ferdinand Cuignet propôs oprimeiro método para estudar as imagens refletidas pela superfície anteriorda córnea, designando o nome da nova técnica de "ceratoscopia". No seusistema, uma luz era projetada num anteparo colocado em frente ao olho dopaciente. O sistema de iluminação, paciente e observador eramposicionados de tal maneira que este último pudesse observar as imagensrefletidas pela córnea. Distorções dessas imagens, indicando umatopografia anormal da córnea, poderiam então ser qualitativamenteinterpretadas pelo observador. Havia vários problemas com este sistema. Oprocesso de alinhamento dependia muito da habilidade do observador e nãohavia nenhum sistema óptico de aumento, o que dificultava a análise dasimagens refletidas.

Em 1880, o português A. Plácido desenvolveu um sistema deprojeção que está em uso até os dias atuais. O projetor era um disco comanéis brancos e pretos alternados, com um furo ao centro por onde oobservador poderia observar a córnea do paciente. Este sistema melhoroubastante o processo de alinhamento, pois bastava o paciente fixar o olhar nocentro do projetor para que este estivesse alinhado à linha de visão. Se opadrão refletido fosse o de anéis aproximadamente circulares econcêntricos, a córnea poderia ser interpretada como aproximadamenteesférica; do contrário, a topografia seria de uma superfície distorcida.

Apesar do método de Plácido melhorar substancialmente o processode alinhamento, a dificuldade de observar pequenas distorções ainda existiapois este sistema, assim como o anterior, não continha dispositivo óptico demagnificação das imagens.

A necessidade de um sistema de magnificação na ceratoscopiacomeçou a ser resolvida por E. Javal ao final da década de 1880. Utilizandoo princípio dos discos de Plácido e do ceratômetro, Javal desenvolveu uminstrumento com sistema telescópico na ocular, permitindo umamagnificação das imagens refletidas pela córnea. Javal ainda sugeriu quesistemas que pudessem fotografar tais imagens proporcionariam análisesmais precisas.

Consciente das possibilidades sugeridas por Javal, A. Gullstrand foio primeiro a implementar fotografia à ceratoscopia, chamadas deceratografias. As ceratografias eram utilizadas para análise da topografia dacórnea com maior precisão. Sabendo-se o grau de magnificação erapossível realizar medidas nas fotos e saber o valor correspondente emmilímetros. Anéis muito próximos uns dos outros significavam altascurvaturas, e anéis espaçados significavam curvaturas suaves.

A popularidade desse sistema e dos sistemas anteriores para medidada topografia esbarrou durante décadas em um aspecto crucial: aobjetividade das medidas. Por mais preciso que fosse o sistema dealinhamento e por maior que fosse a magnificação, a ceratoscopia ainda eraessencialmente um método qualitativo. Gullstrand ainda implementou ummétodo para calcular a curvatura de pares de pontos para cada meridiano,mas o processo era muito demorado e não muito prático para ooftalmologista.

Na década de 20 foram feitas várias tentativas de quantificação dasceratografias. No final da década de 40 e no começo dos anos 50,ceratografias de córneas eram comparadas com ceratografias de esferas deraio conhecido. Anéis na ceratografia da córnea distando do centro omesmo que anéis da ceratografia da esfera tinham o mesmo raio decurvatura da esfera. Repetindo este processo para cada anel e comparandocom as várias esferas obtinha-se os raios de curvatura para vários pontos dacórnea.

Os primeiros topógrafos corneanos começaram a surgir na metade dadécada de 80 e no início dos anos 90. O sistema de projeção de anéis égeralmente cônico. O cone é normalmente feito em acrílico translúcidocom anéis circulares concêntricos pintados em preto onde não se deseja quea luz passe. A iluminação é feita por sistema de LEDs brancos instaladosna parte traseira do cone. Por trás do disco, ao longo do eixo deste, existeum sistema óptico de magnificação das imagens refletidas pela córnea. Taisimagens são focalizadas numa câmara CCD colorida acoplada ao sistemaóptico e também alinhada com o eixo deste. O sinal do CCD é enviado auma placa de aquisição de vídeo (frame grabber) instalada em um micro-computador. Desta maneira imagens extremamente nítidas, coloridas e comalta magnificação podem ser digitalizadas. Após a digitalização, as imagenspassam por processamentos computacionais para detecção das bordas dosanéis. Os valores obtidos nesta etapa são inseridos em algoritmos dereconstrução da topografia da córnea, cujo resultado é geralmenterepresentado na tela do computador em forma de mapas topográficos comcódigos de cores. Cada cor da escala representa uma curvaturadeterminada, ou seja, considerando a córnea como um dióptro, cadacurvatura representará um poder de refração (Dioptria). Cores quentes(vermelho, laranja e amarelo) representam altos graus de curvatura. Os tonsem verde representam valores médios enquanto cores frias (azul, azulescuro) estão associadas a curvaturas menores.

Cita-se brevemente que um dos motivos que impulsionaram osurgimento de topógrafos de córnea foi o crescente desenvolvimento decirurgias refrativas. Analisando esta e algumas outras aplicações dotopógrafo, cabe descrever a importância deste instrumento para ooftalmologista.

Há três componentes determinantes no poder total de focalização dosistema óptico do olho: a córnea, o cristalino e o comprimento axial. Destestrês, o mais poderoso e conveniente de ser modificado é a córnea. Ocristalino só pode ser alterado por meio de cirurgia intra-ocular outransplante. O comprimento axial do olho não pode ser modificado.Atualmente a córnea é a melhor opção para correção de erros refrativos.

Além de auxiliar em cirurgias refrativas incisionais como aceratotomia radial e astigmática, a topografia tem sua maior utilidade emcirurgias refrativas que utilizam técnicas mais modernas, como as cirurgiasceratorrefrativas a laser (PRK e LASIK).

Há certos procedimentos cirúrgicos cujo principal objetivo não é aalteração da topografia da córnea. Mas, por necessitar, de uma maneira oude outra, realizar incisões na superfície da córnea, distorções indesejadassão induzidas. Mesmo após cuidadosa sutura, algumas distorções sãopraticamente inevitáveis. Alguns exemplos disso são as cirurgias detransplante de córnea e as cirurgias de catarata. Os discos inovadoresapresentados aqui são especialmente úteis em casos como estes.

Um dos objetivos da presente patente é justamente evitar o problemade sobreposição dos anéis para córneas altamente distorcidas, como emcasos de pós-ceratoplastia ou pós-ceratotomia radial. Além disso, se um diatal princípio fosse utilizado para mapear a periferia de córneas para testescom lentes de contato e fluxo lacrimal este sistema com certeza funcionariamelhor na periferia da córnea - interface entre córnea e limbo - do que amaioria dos sistemas de topografia com discos de plácido convencionais.

O desenvolvimento de um sistema para topografia de córneautilizando princípios que evitassem problemas encontrados em topógrafosconvencionais foi essencial para o desenvolvimento da presente patente.Em topografia convencional de Plácido, córneas altamente distorcidas,como pós-ceratoplastia ou ceratocone avançado, geram discosextremamente destorcidos que, por vezes, se entrelaçam ou mesmo sesobrepõem. Quando isso ocorre o processamento de imagens ficapraticamente impossível, pois os algoritmos não conseguem mais distinguirentre aquilo que é disco (ou borda) e aquilo que é sobreposição.

Para os discos convencionais o Erro Quadrático Médio já é bemconhecido na literatura e pode chegar a 0.01 mm para superfíciescomplexas como o ceratocone. Nos resultados obtidos utilizando disco deplácido cromático objeto da presente patente obteve um erro 30 vezesmenor (ou seja, 0.004 mm, ou 4 microns), portanto demonstrando que osdiscos cromáticos são mais precisos para superfícies complexas.

Na presente patente, o desenvolvimento de um sistema cromático emDisco de Plácido, obedecendo a seqüência de cores RGB (R-Vermelha, G-Verde e B-Azul) de tal maneira que cores iguais não existem em discosvizinhos, foi essencial para alcançar o resultado desejado, qual sejaconseguir uma precisão superior no processamento de imagens.

Com o intuito de solucionar tais problemas e de superá-los,desenvolveu-se a presente patente que consiste de um disco de PlácidoCromático utilizado em Topógrafo para mapeamento preciso de córneasaltamente distorcidas, com precisão superior de 30 vezes quandocomparado com um Topógrafo convencional.

A patente será melhor compreendida com a descrição detalhadaabaixo em consonância com as figuras, onde:

A Figura 1 representa o Disco de Plácido Cromático, com anéiscoloridos.

A Figura 2 representa o princípio de funcionamento do sistema, comdiscos coloridos sendo separados por um processador de imagens após adigitalização da imagem.

A Figura 3 representa o aspecto geral de um Topógrafo com o discode plácido cromático.

A Figura 4 representa a imagem de separação digital das trêsdiferentes cores contidas no disco de plácido cromático.

O disco de Plácido cromático (Fig.l) (fig.3) consiste de um objetocônico, confeccionado de matéria nylon ou acrílico translúcido, com anéiscoloridos, sendo 09 discos para cada semi-meridiano, sendo que as cores decada disco obedecem a seqüência RGB - Red-Vermelho, Green-Verde eBlue-Azul, repetidas três vezes para cada conjunto: 1-R, 2-G,3-B, 4-R, 5-G, 6-B, 7-R, 8-G, 9-B, de tal maneira que para cores iguais não existamdiscos vizinhos.

Os anéis do disco de Plácido cromático podem ser confeccionados dedois modos: i) usando um processo de pintura disco a disco, com tintaespecial para acrílico ou ii) usando etiqueta colorida impressa em folhaplástica translúcida.O disco de Plácido cromático, após devidamente confeccionado,pode ser acoplado e utilizado em Topógrafos Convencionais (Fig.3).

O funcionamento do Topógrafo com Disco de Plácido Cromáticoocorre da seguinte forma: A imagem original é capturada com todos osdiscos e todas das cores, obviamente inseparáveis no momento da captura;depois disso, após a digitalização de imagens, utilizando recursos deprocessamento de imagens as cores são separadas (Fig.2) e os anéis sãoentão processados novamente; Este processamento depois da separação sedá então como se cada imagem fosse monocromática (Figura 4) e então asinformações das bordas são juntadas em um único arquivo; Um programade computador transforma os dados do processamento de imagens em umarquivo de elevações topográficas; Este arquivo então é impresso na tela deum computador para que o médico/observador possa realizar o diagnósticode olhos com córneas altamente distorcidas, algo impossível nos atuaistopógrafos de córnea disponíveis no mercado.

Claims (4)

1. DISCO DE PLÁCIDO UTILIZADO EM TOPÓGRAFOcaracterizado por ser um objeto cônico, cromático, confeccionado dematéria nylon ou acrílico translúcido, com anéis coloridos, sendo 09 discospara cada semi-meridiano, sendo que as cores de cada disco obedecem aseqüência RGB - Red-Vermelho, Green-Verde e Blue-Azul, repetidas trêsvezes para cada conjunto: 1-R, 2-G,3-B, 4-R, 5-G, 6-B, 7-R, 8-G, 9-B, detal maneira que para cores iguais não existam discos vizinhos, utilizadopara mapeamento preciso de córneas altamente distorcidas.

2. DISCO DE PLÁCIDO UTILIZADO EM TOPÓGRAFO de acordocom a reivindicação 1, caracterizado pelos anéis do disco cromático serconfeccionado de dois modos: /) usando um processo de pintura disco adisco, com tinta especial para acrílico ou ii) usando etiqueta coloridaimpressa em folha plástica translúcida.

3.DISCO DE PLÁCIDO UTILIZADO EM TOPÓGRAFO de acordocom a reivindicação 1 e 2, caracterizado por ser acoplado e utilizado emTopógrafos Convencionais (Fig.3).

4. DISCO DE PLÁCIDO UTILIZADO EM TOPÓGRAFO de acordocom a reivindicação 1, 2 e 3, caracterizado pelo funcionamento doTopógrafo com Disco de Plácido Cromático ocorrer da seguinte forma: Aimagem original é capturada com todos os discos e todas das cores,obviamente inseparáveis no momento da captura; depois disso, após adigitalização de imagens, utilizando recursos de processamento de imagensas cores são separadas (Fig.2) e os anéis são então processados novamente;Este processamento depois da separação se dá então como se cada imagemfosse monocromática (Figura 4) e então as informações das bordas sãojuntadas em um único arquivo; Um programa de computador transforma osdados do processamento de imagens em um arquivo de elevaçõestopográficas; Este arquivo então é impresso na tela de um computador paraque o médico/observador possa realizar o diagnóstico de olhos com córneasaltamente distorcidas.