ES2246174B1 - Dispositivo y procedimiento para determinar la sensibilidad al contraste del sistema visual de un sujeto. - Google Patents
Dispositivo y procedimiento para determinar la sensibilidad al contraste del sistema visual de un sujeto.Info
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Abstract
Dispositivo para determinar la sensibilidad al contraste de un ojo de un sujeto, que comprende unos medios para producir en tiempo real imágenes digitales correspondientes a estímulos visuales modulados y unos medios de visualización (D) para presentar al ojo dichas imágenes, y procedimiento correspondiente que utiliza dicho dispositivo. El dispositivo realiza una serie de ensayos en una sesión de medida, de manera que los estímulos de dichos ensayos están modulados alrededor de un estímulo promedio en cualquier dirección del espacio de color y son configurables para cada sesión de medida. Normalmente dichos estímulos se escogen en las direcciones cardinales del espacio de color y responden a un patrón de red sinusoidal con modulación espacial y temporal, y con envolvente gaussiana bidimensional.
Description
Dispositivo y procedimiento para determinar la
sensibilidad al contraste del sistema visual de un sujeto.
La presente invención se refiere a un dispositivo
para determinar la sensibilidad al contraste del sistema visual de
un sujeto mediante una serie de ensayos en una sesión de medida,
que comprende unos medios para producir en tiempo real imágenes
digitales correspondientes a estímulos visuales modulados y unos
medios de visualización para presentar a un ojo del sujeto dichas
imágenes, y a un procedimiento correspondiente que utiliza dicho
dispositivo.
La información visual viaja desde la retina al
cortex visual primario o estriado siguiendo dos caminos paralelos
denominados Magnocelular y Parvocelular. Estos caminos tienen su
origen en las células ganglionares denominadas M y P,
respectivamente. Un 75% de las células del camino magnocelular
(denominadas Mx) responden de manera lineal en tanto que un 25%
(denominadas My) lo hacen de manera no lineal. Todas las células de
camino parvocelular responden de manera lineal.
Existen numerosas evidencias que demuestran que
la detección de un patrón de contraste puramente cromático, sea
rojo-verde o azul-amarillo, está
mediado por células con oponencia espectral que pertenecen al camino
parvocelular. Por consiguiente, este camino se revelaría como el
soporte fisiológico para la detección de contrastes cromáticos en
todo el dominio espacio-temporal. La detección de
un patrón de contraste acromático es mucho más controvertida,
aunque algunos estudios apuntan a que el camino magnocelular es el
soporte fisiológico para la detección de contrastes acromáticos en
la esquina de frecuencias espaciales bajas y frecuencias temporales
altas del dominio espacio-
temporal.
temporal.
Una gran variedad de patologías produce daños
importantes en uno de estos caminos, si no en ambos. El origen de la
patología puede localizarse en la retina, en el nervio óptico, en
el quiasma o cualquier otro lugar en los caminos visuales e incluso
en el cortex visual. Cualquiera que sea la extensión y la magnitud
del daño producido, está demostrado que la sensibilidad al
contraste en el camino dañado quedará alterada. En cualquier caso,
es importante conocer qué patologías dañan al Magno, cuáles al Parvo
y cuáles a ambos, y en cada caso, cuál es la estrategia más
adecuada para detectar una reducción de sensibilidad en el camino o
caminos dañados.
De lo dicho anteriormente se desprende que, si
una patología daña sólo al Magno, se debería poder poner de
manifiesto una reducción de la sensibilidad en el sistema visual
haciendo uso de un patrón acromático de baja frecuencia espacial y
alta frecuencia temporal. Sin embargo, una lesión en el Parvo
producirá una reducción de sensibilidad en un amplio conjunto de
condiciones espacio-temporales con patrones
acromáticos y en cualesquiera condiciones
espacio-temporales con patrones isoluminantes
modulados en cualquier dirección del espacio de color, en
particular, en las direcciones cardinales de los mecanismos
rojo-verde o azul-amarillo. No está
suficientemente probado cuál de las reducciones previsibles es
anterior en la evolución de la patología ni cuál es la de mayor
magnitud. Tampoco está suficientemente probado qué deterioro es
anterior y más significativo cuando la patología daña a ambos
caminos visuales, Magno y Parvo.
Por otra parte es bien conocido que las
posibilidades de realizar un buen diagnóstico de un paciente
mejoran de manera significativa si se realiza una exploración de la
retina completa y no sólo de la fóvea, esto es, si se realiza lo
que en el lenguaje clínico se denomina una campimetría. En su forma
más tradicional, una campimetría consiste en la medida, en cada
posición del campo visual, de la luminancia umbral para que una
simple mancha circular blanca pueda ser detectada sobre un fondo de
cierta luminancia, también blanco. Sin embargo, en este tipo de
campimetría las pérdidas de sensibilidad se detectan cuando ya una
importante cantidad de células ganglionares, por ejemplo en un
glaucoma, ha sido dañada.
En los últimos años se han realizado esfuerzos
notables para mejorar las expectativas de la exploración
campimétrica. En la técnica denominada SWAP (Short Wavelength
Automated Perimetry) se determina el umbral para detectar una
mancha circular azul sobre un fondo amarillo. Se ha demostrado que
la detección de un estímulo espectral de una cierta longitud de
onda sobre un fondo blanco está mediada por las células
ganglionares que son más sensibles para esa longitud de onda. La
campimetría con una mancha azul mejora los resultados que se
obtenían tradicionalmente con la campimetría de blanco sobre
blanco. Pero un fondo amarillo aumentará la probabilidad de que el
estímulo azul sea detectado por el canal
azul-amarillo.
Aunque la SWAP ha mejorado sustancialmente las
prestaciones de las campimetrías sobre fondo blanco, no es todavía
una técnica exenta de problemas. Por ejemplo, es notorio que un
paradigma incremental (esto es, un estímulo presentado sobre un
fondo) no aísla la respuesta de un mecanismo cromático o
acromático, ya que conlleva simultáneamente una variación de la
luminancia y una variación del color.
Por otro lado, se ha propuesto que la detección
de un patrón acromático sinusoidal en el espacio y en el tiempo con
frecuencias adecuadas es capaz de aislar la respuesta de células
del camino magnocelular. Estas células son, como las células con
oponencia azul-amarillo, afectadas por distintas
patologías, incluido el glaucoma. Si la frecuencia espacial es
especialmente baja y la frecuencia temporal especialmente alta el
patrón se percibe como si la frecuencia espacial fuera el doble de
lo que es realmente. Se ha sugerido que este fenómeno, conocido
como doblado de frecuencia, es imputable al comportamiento no
lineal de las células My. La técnica relacionada con la observación
del doblado de frecuencia se conoce como FDT, por el inglés
Frequency Doubling Technology.
La patente americana US5065767 describe un
procedimiento según el cual se presenta a un paciente un patrón de
red sinusoidal cuyo contraste se modula a una frecuencia que varía
entre 10 y 50 Hz. Inicialmente el paciente observa un doblado de
frecuencia espacial en dicha red. El contraste se va reduciendo
hasta que se alcanza un valor umbral con el que el paciente deja de
observar el doblado de frecuencia. En los pacientes con glaucoma
este umbral puede ser hasta el doble del contraste que necesitaría
un observador considerado como normal.
Por su parte, las patentes americanas US6068377 y
US6227668 presentan procedimientos que extienden la idea anterior,
en el sentido de que el doblado de frecuencia se produciría también
con cualquier patrón cuya paleta de colores estuviese constituida
por mezclas de colores complementarios, en particular, por mezclas
de azul y de amarillo. El patrón debe ser periódico en el espacio y
en el tiempo y, igual que en el doblado de frecuencia acromático,
la frecuencia espacial debe ser baja (no mayor de 5 ciclos/grado) y
la frecuencia temporal alta (no menor de 7 ciclos/segundos). Las
células My son probablemente también las responsables de este
fenómeno, así que un estímulo capaz de producir doblado de
frecuencia cromático reuniría a priori un buen número de
condiciones potencialmente útiles para la evaluación de problemas
que involucren simultáneamente deterioros en células Magno y en
células Parvo con oponencia azul-amarillo. Sin
embargo, de momento no se ha demostrado que este tipo de
campimetría sea más eficaz que la campimetría basada en el doblado
de frecuencia acromático.
También en relación con el doblado de frecuencia,
la patente PCT WO 95/29627 describe un procedimiento que incluye la
medición, para diferentes zonas del campo de visión de un paciente,
del mínimo contraste con el que dicho paciente puede percibir
todavía un doblado de frecuencia acromático. Este procedimiento
pretende detectar tempranamente los daños causados en la retina por
un glaucoma que afecte solamente una parte del campo de visión del
paciente.
De todas formas, parece claro que una combinación
de dos o más ensayos puede mejorar la diagnosis precoz de
patologías oculares, ya que unos ensayos pueden detectar antes que
otros los mismos defectos de visión pero debidos a patologías
diferentes. Por ejemplo, a veces mediante estereofotografías se
puede identificar antes una neuropatía óptica que mediante la
detección de pérdidas de sensibilidad; o, por el contrario, en un
glaucoma a menudo se detectan primero pérdidas de sensibilidad
mediante ensayos SWAP o FDT. En cualquier caso, tanto SWAP como
FDT, con alguna ventaja para FDT, se revelan bastante eficaces como
indicadores precoces de pérdidas de sensibilidad en glaucoma.
Es un objetivo de la invención obtener un
dispositivo de altas prestaciones que haga posible la realización
de una gama muy amplia de medidas y pruebas de las que han sido
propuestas hasta el momento, incluyendo el doblado de frecuencia
cromático y acromático, y que también permita explorar otras
cuestiones abiertas todavía a la discusión, como por ejemplo
estudiar si un estímulo azul-amarillo productor de
doblado de frecuencia es más eficaz para detectar un glaucoma o una
patología particular que un patrón con modulación
azul-amarillo en cualquier otra región del dominio
espacio-temporal, o si un estimulo con la frecuencia
espacial y la frecuencia temporal en la región de máxima
sensibilidad pone antes de relieve la presencia de un problema, o
si patrones acromáticos en la región de máxima sensibilidad son
igual o más eficaces para detectar un problema en el camino
parvocelular que incluso cualquier patrón con modulación
azul-amarillo, o si ciertas patologías que conllevan
daños en células con oponencia rojo-verde pueden
ser detectadas con mayor eficacia mediante estímulos con esta clase
de modulación,
etc.
etc.
Según un aspecto de la invención, la sensibilidad
al contraste del sistema visual se determina mediante un
dispositivo que realiza una serie de ensayos en una sesión de
medida, de manera que los estímulos de dichos ensayos están
modulados alrededor de un estímulo promedio en cualquier dirección
del espacio de color y son configurables en sus características
espaciales y temporales para cada sesión de medida. Dicha
sensibilidad se puede determinar en todo el dominio
espacio-temporal y en cualquier dirección del
espacio de color, que es una forma de representación de las
respuestas de los mecanismos A, T y D donde A es un mecanismo no
oponente o acromático, y T y D son mecanismos con oponencia
rojo-verde y azul-amarillo,
respectivamente.
Normalmente dichos estímulos se escogen en las
direcciones del espacio de color en las que sólo uno de los
mecanismos A, T ó D es capaz de responder al estímulo, que son las
llamadas direcciones cardinales del espacio de color.
Por defecto, dicho estímulo promedio corresponde
al color blanco de los medios de visualización.
Ventajosamente los estímulos están modulados
sinusoidalmente en el tiempo.
En una realización, dichos estímulos responden a
un patrón de red sinusoidal con modulación espacial y temporal.
En una realización, dicha red sinusoidal está
modulada, a su vez, por una envolvente gaussiana bidimensional.
Normalmente, la frecuencia espacial de dicho
patrón se selecciona entre 0 y 20 ciclos/grado y su modulación
espacial adopta la orientación horizontal. La frecuencia temporal
del patrón se selecciona entre 0 y 30 ciclos/segundo. La duración
de cada estímulo se selecciona entre 0 y 5 segundos.
En una realización, los colores comprendidos en
los estímulos modulados en una dirección particular del espacio de
color se extraen de una paleta de 256 colores generada para dicha
dirección.
Una realización comprende una cámara para
registrar la posición del ojo durante un ensayo de la sesión de
medida.
Una realización comprende unos medios para que el
sujeto mantenga la cabeza y la mirada lo más fija posible en cada
ensayo de la sesión de medida. Dichos medios comprenden una
mentonera con oclusor y soporte para lentes.
En una realización se examina el campo visual del
sujeto hasta 20º en vertical y 30º en horizontal alrededor de un
punto de fijación y permite desplazar el punto de fijación hasta
20º en vertical y 30º en horizontal. De este modo, modificando la
posición del punto de fijación se puede examinar el campo visual
del sujeto hasta 40º en vertical y 60º en horizontal.
Para examinar el campo visual del sujeto, una
realización lo divide en sectores, estableciendo un sector
específico para la fóvea.
En una realización dichos medios de producción de
imágenes y dichos medios de visualización forman parte de un
sistema de computación que también comprende una unidad central de
proceso y una memoria.
Ventajosamente dicha memoria comprende: una
rutina de configuración y control de la sesión de medida; un
repositorio de los resultados de la sesión de medida; un repositorio
de resultados obtenidos para sujetos exentos de patologías
visuales, denominados observadores patrón; una rutina de
diagnóstico de una patología visual a partir de los resultados de
la sesión de medida y de dichos observadores patrón; una rutina de
presentación de dichos resultados y dicho diagnóstico.
En una realización dicha rutina de configuración
y control de la sesión de medida comprende: una subrutina de
configuración de los estímulos; una subrutina de configuración del
procedimiento de medida; una subrutina de aleatorización espacial y
temporal de la presentación de los estímulos; una subrutina de
selección de la amplitud de los estímulos; una subrutina de
registro en tiempo real de los resultados de la sesión de
medida.
Una realización comprende unos medios para
indicar la detección, en su caso, por parte del sujeto de alguna
variación espacio-temporal con respecto al estímulo
promedio.
Según otro aspecto de la invención, la
sensibilidad al contraste se determina mediante un procedimiento
que comprende la utilización de un dispositivo como el descrito en
los párrafos anteriores de este apartado.
Ventajosamente, durante la sesión de medida el
sujeto puede indicar la detección, en su caso, de alguna variación
espacio-temporal con respecto al estímulo
promedio.
En una realización, para que se contabilice una
detección el sujeto debe indicarla una vez transcurrido un período
de tiempo desde la aparición del estímulo pero antes de su
desaparición.
Ventajosamente, durante la sesión de medida varía
aleatoriamente la posición en que el estímulo de cada ensayo se
presenta al ojo y también varía aleatoriamente la pausa entre un
estímulo y el siguiente.
Una realización comprende una etapa de
determinación de la posición y el tamaño de la mancha ciega del
sujeto. En dicha etapa se presenta brevemente al ojo del sujeto un
estímulo visual sustancialmente puntiforme de elevada luminancia
que se va desplazando sucesivamente en dirección horizontal y
vertical, pudiendo el sujeto oprimir un pulsador cuando el estímulo
le resulte visible, de manera que la posición y el tamaño de la
mancha ciega se calculan a partir de la zona en la que el sujeto no
responde al estímulo.
Normalmente la sesión de medida comprende las
etapas de: presentar un estímulo con el valor máximo posible de la
amplitud; repetir la presentación de un estímulo dividiendo
sucesivamente por 2 la amplitud mientras el sujeto detecte el
estímulo, es decir, hasta que se produzca una inversión; repetir la
presentación de un estímulo multiplicando sucesivamente por
2^{1/2} la amplitud a partir de la no detección hasta que el
sujeto vuelva a detectar el estímulo, es decir, hasta que se
produzca una nueva inversión; repetir los dos pasos anteriores
aplicando un factor de división o multiplicación, respectivamente,
de 2^{2^{-n}}, siendo n el número de la inversión; terminar la
sesión después de 4 inversiones o de 20 presentaciones; asignar al
umbral el último valor detectado de la amplitud; y determinar la
sensibilidad al contraste como la inversa de dicho umbral.
En una realización la sesión de medida también
comprende la presentación semialeatoria de estímulos de control de
falsos positivos, falsos negativos y pérdidas de fijación.
Ventajosamente, el procedimiento comprende la
utilización de un algoritmo de selección de los parámetros de cada
ensayo en función de los resultados de los ensayos anteriores de la
sesión de medida.
Para mayor comprensión de cuanto se ha expuesto
se acompañan unos dibujos en los cuales, esquemáticamente y sólo a
título de ejemplo no limitativo, se representa un caso práctico de
realización.
En los dibujos:
la figura 1 es una representación esquemática del
dispositivo;
la figura 2 es una representación de las
direcciones cardinales del espacio de color;
la figura 3 son imágenes correspondientes a
estímulos visuales; y
la figura 4 es una gráfica que muestra el
procedimiento de búsqueda del umbral de sensibilidad.
Como se aprecia en la figura 1, el dispositivo de
esta realización comprende una unidad central de proceso UCP, una
memoria M, una tarjeta gráfica de al menos 14 bits TG, una pantalla
D de 17 a 21 pulgadas, una cámara CCD para el control automático de
la fijación, una mentonera con soporte para lentes y oclusor, un
monitor para la presentación de resultados, un teclado, un pulsador
P y una impresora en color. Todos estos elementos están integrados
en un único volumen.
En más detalle, dicho dispositivo incluye un
sistema de computación que comprende:
- \bullet
- Una unidad central de proceso UCP.
- \bullet
- Unos medios, que incluyen una tarjeta gráfica TG, para producir en tiempo real imágenes digitales correspondientes a estímulos visuales modulados.
- \bullet
- Unos medios de visualización D para presentar a un ojo de un sujeto dichas imágenes.
- \bullet
- Unos medios P para indicar la detección, en su caso, por parte del sujeto de variaciones en dichos estímulos.
- \bullet
- Una memoria M o soporte físico para instrucciones y datos que comprende:
- 1.
- Una rutina de configuración y control de una sesión de medida; esta rutina a su vez comprende:
- \bullet
- Una subrutina de configuración de los estímulos
- \bullet
- Una subrutina de configuración del procedimiento de medida
- \bullet
- Una subrutina de determinación de la posición y el tamaño de la mancha ciega del sujeto
- \bullet
- Una subrutina de aleatorización espacial y temporal de la presentación de los estímulos al sujeto
- \bullet
- Una subrutina de selección de la amplitud de los estímulos
- \bullet
- Una subrutina de registro en tiempo real de los resultados de la sesión de medida
- 2.
- Un repositorio o base de datos de los resultados de la sesión de medida.
- 3.
- Un repositorio de resultados obtenidos para sujetos exentos de patologías visuales, que se denominan Observadores Patrón.
- 4.
- Una rutina de diagnóstico de una patología visual a partir de los resultados de la sesión de medida y de los Observadores Patrón.
- 5.
- Una rutina de presentación de los resultados de la sesión de medida y de dicho diagnóstico.
El dispositivo permite operar de dos formas: una
con un menú con opciones por defecto y otra con un menú para
realizar una configuración personalizada de las características del
estímulo y de los parámetros del experimento.
A continuación se describen en distintos
apartados las características de configuración y funcionamiento del
dispositivo.
Un estímulo modulado alrededor de un promedio se
puede describir mediante las amplitudes \DeltaA, \DeltaT,
\DeltaD de las respuestas en los mecanismos A, T y D,
respectivamente, donde A es un mecanismo no oponente o acromático y
T y D son mecanismos con oponencia rojo-verde y
azul-amarillo, respectivamente. Esta forma de
representación se conoce como espacio de color o espacio de
modulaciones oponentes. Se rige mediante una ecuación de
la
forma:
forma:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
donde K_{A}, K_{T}, K_{D} son
constantes que definen las unidades de medida en cada
mecanismo.
El dispositivo permite evaluar la sensibilidad al
contraste con estímulos modulados alrededor de un estímulo promedio
en cualquier dirección del espacio de color. Las direcciones de
modulación que se generan por defecto son aquellas en las que sólo
uno de los mecanismos responde. Estas direcciones se denominan
direcciones cardinales del espacio de color y están representadas
en la figura 2.
Los valores máximos de la amplitud de los
estímulos que aíslan a cada mecanismo y que son reproducibles por
una pantalla particular deben ser medidos explícitamente para cada
pantalla. Cuando el usuario selecciona la dirección cardinal en la
que va a trabajar, un programa diseñado al efecto genera
automáticamente una paleta de 256 colores equidistantes en la
respuesta del mecanismo aislado, comprendida ésta entre los valores
máximo y mínimo que permite la pantalla de visualización. El número
de colores de la paleta que se usarán para generar una imagen
determinada dependerá de la frecuencia espacial del patrón y del
tamaño de la imagen.
Se trata de medir el umbral absoluto de contraste
para la detección de un cierto estímulo modulado sinusoidalmente en
una dirección cardinal del espacio de color. Con redes de
luminancia, o acromáticas, es tradicional utilizar como métrica el
denominado contraste de Michelson, que se define de la forma
C =
\frac{Y_{MAX} - Y_{\text{MIN}}}{Y_{MAX} + Y_{\text{MIN}}} =
\frac{\Delta
Y}{Y_{0}}
donde Y_{MÁX} e Y_{\text{MÍN}}
son las luminancias máxima y mínima de la sinusoide, \DeltaY es
la amplitud e Y_{0} es la luminancia promedio. La sensibilidad
al contraste de define entonces
como:
CSF(fx,ft)=
\frac{1}{C_{UMB}(fx,
ft)}
Esta métrica se puede mantener para las redes que
aíslan al canal acromático, sin más que sustituir la amplitud,
\DeltaY, y la luminancia promedio, Y_{0}, por \DeltaA y
A_{0}, respectivamente. Sin embargo no puede aplicarse en los
canales cromáticos porque los valores promedio T_{0} y D_{0} son
aproximadamente cero; de hecho serían estrictamente ceros si la
modulación se hubiera hecho alrededor de un blanco equienergético.
Alternativamente, se puede estimar el umbral como el valor mínimo de
la amplitud para el que haya detección. Dado que el promedio
alrededor del cual se modula es el mismo para todas las medidas,
los umbrales en amplitud son proporcionales a los umbrales en
contraste. Por consiguiente, puede definirse una pseudo CSF
en el canal A de la forma:
CSF(fx,ft)=
\frac{1}{\Delta A_{UMB}(fx,
ft)}
\newpage
Y análogamente, en los canales T y D:
CSF(fx,ft)=
\frac{1}{\Delta T_{UMB}(fx,
ft)}
CSF(fx,ft)=
\frac{1}{\Delta D_{UMB}(fx,
ft)}
Los patrones que el dispositivo genera por
defecto son redes sinusoidales en el espacio y en el tiempo, con
las franjas, por defecto, verticales y con una envolvente gaussiana
bidimensional. El perfil espacio-temporal de este
patrón, denominado estímulo de Gabor, se puede describir de la
forma:
donde:
El programa desarrollado redondea al valor entero
más próximo el número de pixels por ciclo necesario para generar la
frecuencia que se le pide y, por consiguiente, no todas las
frecuencias generadas van a corresponderse con la frecuencia
deseada. Así pues, para que la frecuencia generada se corresponda
con la deseada se demandarán sólo frecuencias que se puedan generar
con un número entero de pixels por ciclo. Esta condición implica
que las frecuencias demandadas deben ser divisores de la frecuencia
de muestreo. Por otra parte, para que el perfil de la red generada
sea lo más sinusoidal posible se demandarán, de entre las
frecuencias que cumplan el requisito anterior, aquellas que sean en
particular divisores pares de la frecuencia de muestreo, que a la
distancia de observación, por defecto, es de 16 ciclos por
grado.
Las condiciones que deben cumplir las frecuencias
temporales son las mismas que para las frecuencias espaciales. La
frecuencia del muestreo temporal, por defecto, es de 72 Hz.
Las frecuencias espaciales y temporales que el
dispositivo genera por defecto son 0, 0.5, 2, 4, 8 y 16
ciclos/grado en el dominio espacial, y 0, 2, 6, 12, 18 (en T y D),
24 (en A) ciclos/segundo en el dominio temporal. Nótese que 24 Hz
no es divisor par de la frecuencia de muestreo; sin embargo, se
escogió, de entre el conjunto discreto de frecuencias reproducibles
para recoger información en la región de altas frecuencias en el
canal acromático.
Las gaussianas que modulan las redes se
escogieron con desviaciones estándar, \sigma, iguales a 1/6 del
tamaño de la imagen, subtendiendo ésta por defecto 5º. Teniendo en
cuenta que a 3\sigma de su centro una gaussiana tiende a cero,
esta elección asegura que no haya esencialmente recorte de los
gabors en ninguna dirección del espacio. En la Figura 3 se muestran
redes y gabors de cierta frecuencia espacial en las direcciones
cardinales del espacio de color.
La función g(t) es una envolvente temporal
cuadrada de duración t_{e}, por defecto de 1 segundo (si no se
oprime antes el pulsador), con suavizados gaussianos al inicio y al
final de la presentación. Dichos suavizados, centrados en t_{1} y
t_{2}, tienen una duración igual al 10% de la duración total
t_{e}. Entre presentaciones se introduce una pausa de duración
aleatoria.
El dispositivo permite evaluar la sensibilidad de
la retina en un campo visual de hasta \pm40º en vertical y
\pm60º en horizontal. Para explorar distintas regiones del campo
visual se puede modificar la posición del punto de fijación. En
particular, con el punto de fijación en el centro de la pantalla
(posición por defecto) el campo visual examinado es de \pm20º en
vertical y \pm30º en horizontal, segmentando la misma desde en 4
filas y 6 columnas (24 sectores) hasta en 8 filas y 12 columnas (96
sectores), eliminando en cualquier caso los 4 sectores de las
esquinas y con un sector específico para la fóvea, es decir, en
total de 21 sectores hasta 93 sectores.
La sesión de medida comienza con la determinación
de la posición y el tamaño de la mancha ciega del paciente, de
acuerdo con el algoritmo creado para la realización de esta tarea.
Una vez elegido el estímulo de fijación adecuado para el paciente,
sobre fondo acromático de luminancia mitad de la luminancia máxima
del monitor, se presenta un ensayo de estímulo cuadrado acromático
de la máxima luminancia permitida por el dispositivo, subtendiendo
1º y de duración total de 1 segundo. Se hace variar la posición del
ensayo, barriendo el campo visual primero en dirección horizontal y
después en posición vertical, en rectas que pasan por el centro de
la mancha ciega de un sujeto normal promedio. El paciente, mirando
el punto de fijación, oprime el pulsador mientras el estímulo de
ensayo sea visible. El tamaño de la mancha ciega se calcula a
partir del tamaño de la región espacial en la que el paciente no
responde al ensayo. El centro de dicha región se utilizará en la
fase de medida del umbral para presentar los estímulos que
comprueban posibles pérdidas de fijación.
La frecuencia espacial, la frecuencia temporal y
la dirección de modulación definen una sesión de medida. Una vez
determinada la posición y tamaño de la mancha ciega del paciente,
la sesión de medida propiamente dicha comienza con la aparición del
estímulo de fijación y con la pantalla de la pantalla encendida con
el estímulo promedio (recuérdese que por defecto es el blanco de la
pantalla). El paciente se adaptará durante al menos 30 segundos a
dicho estímulo promedio. Cumplido este tiempo, desaparece el
estimulo de fijación y aparece el primer ensayo. Durante la sesión
variará aleatoriamente la posición del ensayo en la pantalla, y el
paciente oprimirá el pulsador si detecta cualquier variación
espacio-temporal respecto al promedio en cualquier
posición de su campo visual. Durante la sesión, toda la pantalla
continúa encendida con el estímulo promedio. Para que se
contabilice una detección la pulsación debe realizarse entre t_{1}
segundos desde la aparición del estímulo y la desaparición del
mismo. Según se detecte o no el estímulo, el algoritmo diseñado al
efecto decidirá si la próxima vez que vaya a mostrar un estímulo en
esa posición ha de hacerlo con
amplitud mayor o menor. De esta manera se determinan todos los umbrales de una campimetría en una única sesión.
amplitud mayor o menor. De esta manera se determinan todos los umbrales de una campimetría en una única sesión.
La distancia de observación es, por defecto, de
25 cm. Las medidas deben ser monoculares y con la compensación
refractiva pertinente. El paciente debe poder fijar la mirada a la
distancia de observación durante un tiempo prolongado sin sentir
molestias, por lo que es aconsejable minimizar el esfuerzo de
acomodación. Las medidas deben hacerse siempre en oscuridad.
La sesión comienza presentando un estímulo con el
máximo valor de la amplitud posible, \Delta_{MAX}. Si el
paciente detecta el estímulo, se divide la amplitud por 2 y se
continúa de esta manera hasta que para cierto valor de amplitud,
\Delta_{1}, no haya detección. Se denomina inversión a un cambio
en el sentido de la respuesta. Para la siguiente presentación se
multiplicará la amplitud por \sqrt{2} y se continuará de esta
manera hasta que vuelva a haber detección. Tras esta segunda
inversión, se dividirá la amplitud por \sqrt[4]{2}, y así
sucesivamente. Así pues, dos valores consecutivos de la amplitud
están relacionados mediante la expresión:
log_{2}
(\Delta _{i}) = log_{2} (\Delta _{i-1}) +
\frac{(-1)^{n+1}}{2^{n}}
donde n es el número de inversiones
hasta la posición i. El proceso termina al llegar a un cierto
número de presentaciones, por defecto 18 presentaciones (20 en la
dirección cardinal de A) o bien cuando se hayan producido 4
inversiones. Se asigna entonces al umbral el último valor detectado
de la amplitud. La Figura 4 muestra un ejemplo que ilustra este
procedimiento. También se interrumpe el procedimiento si 5
presentaciones consecutivas con amplitud máxima en un sector
determinado no han sido detectadas. En este caso y en cualquier
otro caso en el que el umbral no pueda ser medido, se le asigna la
etiqueta not a
number.
A lo largo de la ejecución del experimento se
distribuyen semi-aleatoriamente diversos estímulos
para estimar la fiabilidad de las medidas del observador:
- \bullet
- Controles de falsos positivos: son presentaciones de amplitud nula para comprobar la posible activación indiscriminada del pulsador. Para dar por válida una sesión de medida la tasa de falsos positivos debe ser menor del 33%.
- \bullet
- Controles de falsos negativos: son presentaciones con amplitud máxima que aparecen cerca de la fóvea para comprobar la posible falta de atención del observador. Estos controles son similares a los Gabors de la medida que se esté realizando, salvo que sus f_{X} y f_{t} no pueden tomar valores muy altos. Para dar por válida una sesión de medida la tasa de falsos negativos debe ser menor del 33%.
- \bullet
- Controles de pérdidas de fijación: son presentaciones en la mancha ciega del observador. Son cuadrados de tamaño 1.5º sin suavizado gaussiano. Tienen la modulación cromática y espacial de la medida que se esté realizando y no tienen parpadeo temporal. Para dar por válida una sesión de medida la tasa de perdidas de fijación debe ser menor 20%.
Para que no se concentren en el tiempo todos los
controles de una clase, se procede como sigue. Sea {E_{1},.
E_{2},...,E_{i},...E_{Nmáx}} la serie de estímulos que,
potencialmente, se podrían presentar al observador. Un cierto
estímulo E_{i} puede ser un estímulo de medida del umbral o un
estímulo de control. N_{máx} es la suma del número máximo de
presentaciones permitidas para medir un umbral en el total de los
sectores de la retina a explorar en la campimetría y el número
máximo de estímulos de control de todos los tipos. Las
presentaciones que corresponden a, por ejemplo, los controles de
falsos negativos se determinan dividiendo la secuencia de estímulos
posibles en tantos intervalos como controles de este tipo se desee
presentar, y situando aleatoriamente en cada intervalo uno de
dichos controles. Por ejemplo, si la secuencia de estímulos
potencial es {E_{1},. E_{2},...,E_{i},...E_{12}} y se desea
presentar 3 controles de falsos positivos, se sitúa 1 al azar en
cada uno de los tres intervalos limitados por
{E_{1+4(k-1)}
E_{4+4(k-1)}}, con k=1,2,3, y los dos
estímulos restantes de cada intervalo serían potenciales estímulos
para medir el umbral o potenciales estímulos de control de falsos
negativos o de pérdidas de fijación. Una vez dispuestos en la
secuencia los falsos positivos, se procede de igual manera con el
resto de controles.
El instrumento dispone de una base de datos que
incluye los resultados de los observadores patrón (observadores con
visión normal y sin ninguna patología), correspondientes a las
campimetrías en las direcciones cardinales del espacio de color,
para cada una de las 25 combinaciones de las frecuencias espaciales
y temporales que el dispositivo genera por defecto.
Estas medidas serán utilizadas para la
realización de los correspondientes diagnósticos.
Se pueden mostrar los resultados de un paciente
en los siguientes formatos:
a) Para cada dirección de modulación:
- \bullet
- Matriz de amplitudes umbrales y matriz de errores para cada una de las combinaciones de la frecuencia espacial y de la frecuencia temporal examinadas.
- \bullet
- Campimetría de sensibilidades absolutas en niveles de gris para cada una de las combinaciones de la frecuencia espacial y de la frecuencia temporal examinadas.
- \bullet
- Mapa de diagnósticos en código de colores de acuerdo con los criterios que se describirán en el apartado siguiente.
b) Para cada sector de la retina y dirección de
modulación y siempre que se disponga de medidas suficientes:
- \bullet
- Superficie de detección espacio-temporal del canal para un sector de la retina particular.
- \bullet
- Funciones de Sensibilidad al Contraste (CSFs) espaciales a frecuencia temporal constante.
- \bullet
- Funciones de Sensibilidad al Contraste (CSFs) temporales a frecuencia espacial constante.
Con el objeto de determinar si la respuesta de un
paciente está dentro del intervalo de normalidad, se determina la
probabilidad p de que existan medidas normales (según los
observadores patrón) por encima de la medida realizada por el
paciente. Así las medidas realizadas se codifican de la siguiente
manera: en verde cuando dicha probabilidad p es mayor del 5%
(p\geq0.05), verde amarillento cuando está comprendida entre el 5%
y el 2% (0.02\leqp<0.05), amarillo cuando está entre el 2% y
el 1% (0.01\leqp<0.02), naranja cuando está entre el 1% y el
0.5% (0.005\leqp<(0.01), rojo cuando es menor del 0.5%
(p<0.005). Recuérdese que no siempre es posible hacer una medida
del umbral. Como se dijo anteriormente, cuando la medida no se ha
podido hacer se le asigna la etiqueta not a number. Cuando la
medida es un not a number (el paciente no ve el contraste
máximo) se codifica en azul cuando la probabilidad de que un sujeto
normal esté también etiquetado para esa medida con un not a
number (es decir, tampoco vea el contraste máximo) sea mayor o
igual de un 50%. Cuando este porcentaje esté entre el 25% y el 50%
se codifica en violeta. Por último cuando menos del 25% de sujetos
normales tampoco ven el estímulo, se codifica con un color
morado.
La invención se ha descrito haciendo referencia a
una realización, pero un experto en la materia podrá introducir
variaciones y podrá sustituir algunos elementos por otros
técnicamente equivalentes, que también estarán comprendidos en el
ámbito de protección definido por las reivindicaciones
adjuntas.
Por ejemplo, el dispositivo podría estar dividido
en varios elementos no integrados, o elementos del sistema de
computación que se han presentado por separado podrían estar
integrados.
Claims (29)
1. Dispositivo para determinar la sensibilidad al
contraste del sistema visual de un sujeto mediante una serie de
ensayos en una sesión de medida, que comprende unos medios para
producir en tiempo real imágenes digitales correspondientes a
estímulos visuales modulados y unos medios de visualización (D)
para presentar a un ojo el sujeto dichas imágenes,
caracterizado por el hecho de que dichos estímulos están
modulados alrededor de un estímulo promedio en cualquier dirección
del espacio de color y son configurables en sus características
espaciales y temporales para cada sesión de medida.
2. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que dichos estímulos se
escogen en unas direcciones del espacio de color en las que sólo
uno de los mecanismos A, T ó D es capaz de responder al
estímulo.
3. Dispositivo según la reivindicación 1 ó la
reivindicación 2, caracterizado por el hecho de que dicho
estímulo promedio corresponde al color blanco de los medios de
visualización (D).
4. Dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de
que dichos estímulos están modulados sinusoidalmente en el
tiempo.
5. Dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de
que los estímulos responden a un patrón con modulación espacial y
temporal que comprende una red sinusoidal.
6. Dispositivo según la reivindicación 5,
caracterizado por el hecho de que dicha red sinusoidal está
modulada por una envolvente gaussiana bidimensional.
7. Dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones 5 ó 6, caracterizado por el hecho de que la
frecuencia espacial de dicho patrón se selecciona entre 0 y 20
ciclos/grado.
8. Dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones 5 a 7, caracterizado por el hecho de que la
modulación espacial del patrón adopta la orientación
horizontal.
9. Dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones 4 a 8, caracterizado por el hecho de que la
frecuencia temporal de dicho patrón se selecciona entre 0 y 30
ciclos/segundo.
10. Dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de
que la duración de cada estímulo se selecciona entre 0 y 5
segundos.
11. Dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de
que los colores comprendidos en los estímulos modulados en una
dirección particular del espacio de color se extraen de una paleta
de 256 colores generada para dicha dirección.
12. Dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de
que comprende una cámara (CCD) para registrar la posición del ojo
durante un ensayo de la sesión de medida.
13. Dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de
que comprende unos medios para que el sujeto mantenga la cabeza y
la mirada lo más fija posible en cada ensayo de la sesión de
medida.
14. Dispositivo según la reivindicación 13,
caracterizado por el hecho de que dichos medios comprenden
una mentonera con oclusor y soporte para lentes.
15. Dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de
que examina el campo visual del sujeto hasta 20º en vertical y 30º
en horizontal alrededor de un punto de fijación.
16. Dispositivo según la reivindicación 15,
caracterizado por el hecho de que permite desplazar el punto
de fijación hasta 20º en vertical y 30º en horizontal.
17. Dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de
que, para su examen, divide el campo visual del sujeto en sectores,
estableciendo un sector específico para la fóvea.
18. Dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de
que dichos medios de producción de imágenes y dichos medios de
visualización (D) forman parte de un sistema de computación que
también comprende una unidad central de proceso (UCP) y una memoria
(M).
19. Dispositivo según la reivindicación 18,
caracterizado por el hecho de que dicha memoria (M)
comprende: una rutina de configuración y control de la sesión de
medida; un repositorio de los resultados de la sesión de medida; un
repositorio de resultados obtenidos para sujetos exentos de
patologías visuales, denominados observadores patrón; una
rutina de diagnóstico de una patología visual a partir de los
resultados de la sesión de medida y de dichos observadores patrón;
una rutina de presentación de dichos resultados y dicho
diagnóstico.
20. Dispositivo según la reivindicación 19,
caracterizado por el hecho de que dicha rutina de
configuración y control de la sesión de medida comprende: una
subrutina de configuración de los estímulos; una subrutina de
configuración del procedimiento de medida; una subrutina de
aleatorización espacial y temporal de la presentación de los
estímulos; una subrutina de selección de la amplitud de los
estímulos; una subrutina de registro en tiempo real de los
resultados de la sesión de medida.
21. Dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de
que comprende unos medios (P) para indicar la detección, en su
caso, por parte del sujeto de alguna variación
espacio-temporal con respecto al estímulo
promedio.
22. Procedimiento para determinar la sensibilidad
al contraste del sistema visual de un sujeto mediante una serie de
ensayos en una sesión de medida, caracterizado por el hecho
de que comprende la utilización de un dispositivo según cualquiera
de las reivindicaciones 1 a 21.
23. Procedimiento según la reivindicación 22,
caracterizado por el hecho de que durante la sesión de
medida el sujeto puede indicar la detección, en su caso, de alguna
variación espacio-temporal con respecto al estímulo
promedio.
24. Procedimiento según la reivindicación 23,
caracterizado por el hecho de que para que se contabilice
una detección el sujeto debe indicarla después de haber
transcurrido un período de tiempo desde la aparición del estímulo
pero antes de su desaparición.
25. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 22 a 24, caracterizado por el hecho de que
durante la sesión de medida varía aleatoriamente la posición en que
el estímulo de cada ensayo se presenta al ojo y varía
aleatoriamente la pausa entre un estímulo y el siguiente.
26. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 22 a 25, caracterizado por el hecho de que
comprende una etapa de determinación de la posición y el tamaño de
la mancha ciega del sujeto, en la que se presenta brevemente al
ojo del sujeto un estímulo visual sustancialmente puntiforme de
elevada luminancia que se va desplazando sucesivamente en dirección
horizontal y vertical, pudiendo el sujeto efectuar, en su caso, la
indicación de que el estímulo le resulta visible, de manera que la
posición y el tamaño de la mancha ciega se calculan a partir de la
zona en la que el sujeto no responde al estímulo.
27. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 22 a 26, caracterizado por el hecho de que
la sesión de medida comprende: presentar un estímulo con el valor
máximo posible de la amplitud; repetir la presentación de un
estímulo dividiendo sucesivamente por 2 la amplitud mientras el
sujeto detecte el estímulo, es decir, hasta que se produzca una
inversión; repetir la presentación de un estímulo multiplicando
sucesivamente por 2^{1/2} la amplitud a partir de la no detección
hasta que el sujeto vuelva a detectar el estímulo, es decir, hasta
que se produzca una nueva inversión; repetir los dos pasos
anteriores aplicando un factor de división o multiplicación,
respectivamente, de 2^{2^{-n}}, siendo n el número de la
inversión; terminar la sesión después de 4 inversiones o de 20
presentaciones; asignar al umbral el último valor detectado de la
amplitud; y determinar la sensibilidad al contraste como la inversa
de dicho umbral.
28. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 22 a 27, caracterizado por el hecho de que
la sesión de medida comprende la presentación semialeatoria de
estímulos de control de falsos positivos, falso negativos y
pérdidas de fijación.
29. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 22 a 28, caracterizado por el hecho de que
comprende la utilización de un algoritmo de selección de los
parámetros de cada ensayo en función de los resultados de los
ensayos anteriores de la sesión de medida.
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