ES2312987T3 - Dispositivo y metodo para realizar medidas de la composicion quimica de la parte anterior del ojo. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo para determinar la composición química de un ojo vivo (11) que comprende: un medio emisor de luz (20); un medio de detección de luz para determinar la composición química de dicho ojo (11) analizando una fracción de luz del medio de guía de luz que comprende al menos una primera lente convergente (2; 13) que tiene una superficie de entrada (2a; 13a) y una superficie de salida (2b; 13b) para entrar en contacto óptico con el ojo (11) para iluminar al menos parte de dicho ojo (11) con un haz de luz (1) emitido por dicho medio emisor de luz (20) y para recibir y guiar al menos una fracción del haz de luz que abandona el ojo (11) como resultado de dicha iluminación hacia dicho medio de detección de luz, y en el que dichos medio de guía de luz se disponen para iluminar dicha parte del ojo (11) con un haz de luz (1) que tiene un ángulo de incidencia oblicuo con respecto al eje visual (25) del ojo (11), en el que dicho medio de guía de luz comprende una lente convergente adicional (4; 14), que tiene una superficie de entrada (4a; 14a) y una superficie de salida (7; 16), caracterizado porque dicha superficie de salida (7; 16) tiene una curvatura conforme al frente de onda del haz de luz que abandona dicha superficie de salida (7; 16) y que incide en dicha parte de dicho ojo (11).
Description
Dispositivo y método para realizar medidas de la
composición química de la parte anterior del ojo.
La presente invención se refiere a un
dispositivo para determinar la composición química de un ojo vivo
que comprende un medio emisor de luz, un medio de guía de luz que
comprende al menos una primera lente convergente que tiene una
superficie de entrada y una superficie de salida para entrar en
contacto óptico con el ojo para iluminar al menos parte de dicho ojo
con un haz de luz emitido por dicho medio emisor de luz y para
recibir y guiar al menos una fracción del haz de luz que abandona el
ojo como resultado de dicha iluminación a través del medio de
detección de luz para determinar la composición química de dicho ojo
analizando dicha fracción de luz y en el que dichos medios de guía
de luz se disponen para iluminar dicha parte del ojo con un haz de
luz que tiene un ángulo de incidencia oblicuo con respecto al eje
visual del ojo.
La invención se refiere también a un método para
determinar la composición química de un ojo vivo usando un
dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones
anteriores, en el que los medios de guía de luz se ponen en contacto
óptico con el ojo para iluminar al menos una parte de dicho ojo con
un haz de luz que tiene un ángulo de incidencia oblicuo con respecto
al eje visual del ojo, en el que al menos una fracción del haz de
luz que abandona el ojo como resultado de dicha iluminación se
recibe y guía hacia un medio detector y en el que la composición
química del ojo se determina por análisis de dicha fracción de
luz.
Muchos procesos industriales, científicos y
médicos implican la medición de la composición química de tejido del
cuerpo humano para diversas aplicaciones. En la mayoría de los
casos, la precisión de las mediciones es de gran importancia para la
calidad del rendimiento del proceso mencionado. Un tipo específico
de mediciones de tejido implican la medición de los medios
transparentes del ojo, tal como se aplica, por ejemplo, en
oftalmología, donde se determinan proteínas, sustancias
farmacológicas u otras moléculas en humor acuoso, en el que la
presencia de estas sustancias proporciona una indicación de la
calidad del ojo y, en ocasiones, información concerniente a
enfermedades subyacentes.
La mayoría de los métodos para medir afecciones
patológicas del ojo se basan en técnicas químicas e histológicas
para adquirir información sobre cambios moleculares en el tejido o
identificar patógenos, lo que implica el uso de técnicas
espectroscópicas tales como absorción, dispersión, espín
electrónico, y/o espectroscopía de masas.
Las limitaciones de estos métodos son que la
mayoría de ellos se realizan in vitro, lo que hace que sean
necesarios procedimientos invasivos en el ojo que pueden conducir a
complicaciones como hipotonía o una endoftalmitis del ojo y es una
intervención atemorizante desde el punto de vista del paciente.
Una solución es la aplicación de espectroscopía
in vivo, especialmente con espectroscopía Raman. La
espectroscopía Raman ofrece la oportunidad de detectar moléculas
cualitativas así como cuantitativas y es una valiosa herramienta
para investigar materiales biológicos en entornos acuosos. Para la
espectroscopía Raman en el ojo vivo un rayo láser se enfoca hacia el
tejido de interés y la luz retrodispersada que comprende las señales
Raman se recoge, por ejemplo, en un dispositivo confocal, y se
analiza en un espectrómetro.
La limitación de estos métodos es la restricción
de la cantidad de luz incidente, debido a la vulnerabilidad del
tejido retiniano para exposición a luz, haciendo difícil la
detección de las moléculas que están presentes en baja,
concentración si no imposible.
Una solución es la aplicación de una iluminación
oblicua con respecto al eje visual del ojo de manera tal que la
excitación del haz incidente no se dirige al tejido retiniano. Una
iluminación oblicua del ojo puede realizarse con un dispositivo de
acuerdo con el preámbulo anterior.
Una desventaja de esta técnica es que el
alineamiento oblicuo con la superficie de cornea interfiere con la
calidad óptica del montaje, de manera que obstruye la selección del
tejido confocal.
El documento
US-A-5.973.779 describe una sonda de
formación de imágenes de fibra óptica que comprende dos
combinaciones idénticas de fibra-lente. El documento
US-A-5.523.810 describe un
dispositivo de lente convergente oftalmoscopio indirecto que incluye
una lente convergente, donde el documento
US-A-4.176.920 describe un sistema
oftalmoscópico con un objetivo de ángulo ancho.
Un objeto de la presente invención es
proporcionar un dispositivo y método de acuerdo con el preámbulo
anterior para realizar mediciones de la composición química o
propiedades de dispersión de los tejidos en la parte anterior del
ojo, tales como la córnea, el humor acuoso o la parte anterior del
cristalino, sin interferir con las señales procedentes de un tejido
adyacente, y en el que las mediciones se pueden realizar de una
forma no invasiva.
Un objeto adicional de la presente invención es
proporcionar un dispositivo y un método de acuerdo con el preámbulo
anterior para realizar mediciones de la composición química de
tejidos o propiedades de dispersión con control sobre la extensión
de integración en tiempo real, para controlar cambios en tejido
ocular o biomateriales in situ, y para controlar la
farmacocinética ocular.
Estos y otros objetos y ventajas de la presente
invención se satisfacen de acuerdo con la invención, comprendiendo
dicho medio de guía de luz una lente convergente adicional que tiene
una superficie de entrada y una superficie de salida, en la que
dicha superficie de salida tiene una curvatura conforme al frente de
onda del haz de luz que abandona dicha superficie de salida e incide
en dicha parte de dicho ojo.
Con estos rasgos se evita que el haz de luz que
incide en el ojo bajo un ángulo de incidencia oblicuo con respecto
al eje visual del ojo se dirija o apunte al frágil tejido retiniano,
limitando así significativamente daños por radiación a este frágil
tejido debido a la iluminación. Además, se evita también la
refracción indeseada de luz cuando entra en el ojo, afectando dicha
refracción indeseada normalmente de forma adversa a la precisión de
las mediciones. Por tanto, con el dispositivo de acuerdo con la
presente invención se evitan también fenómenos de refracción de luz
o interferencia no deseados mejorando la precisión de las
mediciones.
Más en particular, dicha superficie de entrada
de dicha lente convergente adicional tiene una curvatura conforme al
frente de onda del haz de luz que abandona dicha superficie de
salida de dicha primera lente convergente e incide sobre dicha
superficie de entrada de dicha lente convergente adicional. Estos
rasgos aseguran adicionalmente una propagación ininterrumpida (por
ejemplo, sin la refracción o interferencia no deseables) del haz de
luz a través del medio de guía de luz antes de incidir en el ojo,
potenciando así adicionalmente la precisión y velocidad de las
mediciones a realizar.
En una realización específica dicha lente
convergente adicional comprende al menos un espejo interno para
reflejar dicho haz de luz hacia dicha superficie de salida de dicha
lente convergente adicional, en la que dicha lente convergente
adicional comprende al menos un segundo espejo interno para reflejar
dicho haz de luz desde dicha superficie de entrada de dicha lente
convergente adicional hacia dicho primer espejo interno. Esta
realización permite una construcción compacta y eficaz del
dispositivo de exploración con dimensiones de construcción reducidas
que permiten una manipulación fácil y posicionamiento cerca el ojo a
examinar.
Además con el uso de espejos internos el haz de
luz no se ve afectado negativamente durante su propagación a través
del dispositivo de exploración resultando en una iluminación del ojo
con un haz de luz que tiene propiedades ópticas óptimas, tales como
intensidad, etc.
Más en particular, dicho primer y/o dicho
segundo espejo interno son de forma cónica con respecto al eje
visual del ojo, con el que durante su uso el haz de luz incidente
pasa perpendicular a dichas superficies de entrada y salida de dicha
lente convergente adicional. Estos rasgos limitan adicionalmente
cualquier refracción indeseada en los diferentes límites de
transición (aire-lente y
lente-aire).
En otra realización dichas superficies de
entrada y salida de dicha lente convergente adicional son de forma
esfé-
rica.
rica.
En otra realización dicho primer espejo interno
tiene una superficie tórica para corregir la aberración esférica de
dicha primera lente convergente.
Una realización adicional del dispositivo de
acuerdo con la invención se caracteriza por que dicha lente
convergente adicional comprende una cavidad llena de aire de forma
cónica rodeada por dicho segundo espejo interno.
Más en particular dicha lente convergente
adicional es de forma simétrica y se coloca con respecto al eje
visual del ojo. Esto permite una construcción compacta que es fácil
de manipular por el personal que realiza las mediciones al ojo.
En otra realización dicha lente convergente
adicional es de forma asimétrica con respecto al eje visual del ojo.
Estos rasgos permiten una construcción asimétrica del dispositivo de
exploración.
Dichos medios de detección de luz pueden
comprender un espectrómetro con un detector tal como un dispositivo
de carga acoplada (CCD) o tal como un fotomultiplicador.
Como ya se ha indicado, un dispositivo de
exploración de acuerdo con la invención está provisto con una lente
convergente adicional junto con una sonda óptica de contacto en la
que los rayos de luz del haz de excitación incidente pasan
perpendiculares a los límites curvados de dicha sonda de
contacto.
La ventaja de dicha configuración es que, entre
otras, se puede obtener una correspondencia perfecta en el índice de
refracción de la cornea, especialmente usando un fluido de contacto
adecuado entre el ojo y dicha lente convergente adicional, tal como,
por ejemplo, metilcelulosa, haciendo que sea posible un enfoque
ininterrumpido del área de posible interés.
En otra realización una lente colectora positiva
junto con una sonda de contacto de la cual todas sus superficies de
transmisión de luz, que se supone que no refractan luz, son de forma
esférica con un radio de curvatura correspondiente a la curvatura
del haz convergente incidente, guía el haz al hacia el ojo.
En una realización preferida el haz de
iluminación incidente se recoge mediante una lente de alta apertura
conectada a una sonda de contacto catadióptrica compuesta por un
axicón divergente, que transforma el haz convergente entrante en un
haz con forma de círculo en expansión que se refleja mediante un
espejo interno cónico hacia un punto focal en el eje óptico de la
lente de alta apertura. Dicho espejo cónico tiene una superficie
tórica para corregir la aberración esférica de dicha lente de alta
apertura.
En otra realización de la invención, una sonda
de contacto se monta en una lente de alta apertura y en el eje
óptico de esta lente se enfoca un haz de excitación, guiado por una
lente auxiliar y dicha sonda de contacto con espejo interno plano.
El haz de excitación con forma de pajarita se visualiza mediante la
lente de alta apertura junto con una lente tubular, por ejemplo, en
una guía de luz en haz de fibras con forma de rendija conectada a un
espectrómetro o un fotomultiplicador. El volumen del tejido medido
se controla mediante la longitud focal de la lente de alta apertura
y, en tiempo real, mediante un diafragma situado delante del haz de
fibras en forma de rendija.
Se entenderá que, en relación a la
espectroscopía del ojo vivo, el concepto de usar una sonda de
contacto cuyas superficies curvadas se corresponden con la curvatura
de un haz enfocado es ampliamente aplicable en diversos casos,
especialmente para fines médicos. Los ejemplos son espectroscopía
infrarroja o Raman de los tejidos anteriores del ojo vivo o
mediciones con destello láser de dichos tejidos. Sin embargo, estas
lentes de contacto carecen de compensación óptica para el límite
oblicuo entre la lente y el fluido de contacto que conecta la lente
con la superficie corneana.
Lo mencionado anteriormente y otros rasgos y
ventajas de la invención se ilustran en la siguiente descripción de
algunas realizaciones de la presente invención, con referencia a los
dibujos adjuntos. Los sistemas dispuestos para desplegar el método
mencionado anteriormente se contemplan como una realización de la
presente invención.
La Figura 1 muestra una sección transversal
esquemática de una primera realización del dispositivo de acuerdo
con la presente invención que permite la exploración confocal del
ojo;
La Figura 2 muestra una sección transversal
esquemática de otra realización preferida de la invención en la que
una disección óptica permite explorar la parte anterior del ojo.
La presente invención tiene tres funciones:
enfocar un haz de luz de excitación en el ojo de manera que la luz
no impacta directamente el tejido retiniano, preservar la calidad
óptica del haz de excitación, según lo proporciona la lente
colectora, y recoger, con una alta apertura, la luz dispersada en el
ojo.
Una primera realización de un dispositivo en el
que se puede usar la presente invención se muestra en la Figura
1.
El dispositivo de la Figura 1 tiene dos
funciones principales: medir un cambio espectral debido a la luz
dispersada de forma ineslásticamente, o medir las bandas de
absorción (espectroscopía IR) o la intensidad de luz dispersada
inelásticamente (medición de destello).
El medio emisor de luz (no mostrado), por
ejemplo, un láser emite un rayo láser expandido 1. El rayo láser 1
que tiene un diámetro igual a la apertura frontal de una primera
lente convergente 2 pasa por un espejo dicroico de división del haz
3 y entra en dicha lente convergente adicional 2 a través de su
superficie de entrada 2a. Cerca de la apertura trasera o la
superficie de salida 2b de dicha lente 2 una lente convergente
adicional 4 que funciona como sonda de contacto guía la luz hacia el
ojo 11. La superficie de entrada 4a de dicha lente convergente
adicional 4 está curvada de acuerdo con el frente de onda incidente
para evitar la refracción debido a la superficie del límite
aire-lente.
La lente convergente adicional 4 está provista
con un espejo interno 5 que tiene una superficie de forma cónica con
respecto al eje visual 25 del ojo. Esta superficie 5 forma un axicón
divergente sin aberración. Sin embargo, este espejo interno 5
refleja la luz en lugar de refractarla como es habitual en axicones.
La luz reflejada por dicho (segundo) espejo se dirige hacia un
(primer) espejo cónico adicional 6. Dicho espejo cónico 6 tiene una
superficie tórica para corregir la aberración esférica de la primera
lente convergente 2.
La luz reflejada por dicho primer espejo interno
6 se dirige hacia una superficie de salida de forma circular 7 que
tiene una curvatura conforme al frente de onda incidente para guiar
la luz sin refracción a través del último límite de la parte de
excitación de la lente convergente adicional 4 hacia una película
del fluido de contacto 8 presente entre la superficie de entrada 7
de la lente convergente adicional 4 y el ojo 11. Como este fluido de
contacto 8 tiene un índice de refracción que corresponde al del
tejido corneano 9, la luz pasa el límite externo de la córnea sin
refractarse.
El haz se enfoca en el humor acuoso 10 de manera
que no entra luz directa en la lente convergente 4 en el caso de
espectroscopía Raman o medición de destello, pero se le permite
volver a entrar en la lente convergente 4 en el caso de
espectroscopía de absorción IR. La luz dispersada que entra en la
lente convergente 4 a través de la superficie de salida de forma
circular 7 se dirige hacia atrás hacia el espejo de división del haz
dicroico 3 y se refleja en un detector (no mostrado) que es parte
del medio de detección de luz.
El detector puede ser, por ejemplo, un
espectrómetro o un fotomultiplicador y sirve para detectar una
fracción de luz retrodispersada desde el ojo 11. Los medios de
detección de luz se disponen para determinar la composición química
de dicho ojo analizando dicha fracción de luz.
En otra realización de la invención la luz de
excitación se suministra a un dispositivo de exploración de
disección óptica, como se muestra en la Figura 2, que separa
espacialmente la luz entrante de la luz dispersada atrapada por una
lente de alta apertura. Un rayo láser expandido 12 emitido por el
medio emisor de luz, por ejemplo un láser (no mostrado), entra en
una primera lente convergente 13 a través de su superficie de
entrada 13a y abandona dicha primera lente convergente 13 a través
de su superficie de salida 13b, hacia la superficie de entrada 14a
de una lente convergente asimétrica adicional 14. Esta lente
convergente adicional 14 actúa como sonda de contacto que se situará
en contacto óptico con el ojo 11 a examinar.
Dicha superficie de entrada 14a de dicha lente
convergente adicional 14 es de forma esférica, con una curvatura
igual a la curvatura de frente de onda incidente que abandona la
primera lente convergente 13. La luz se guía adicionalmente hacia un
primer espejo interno 15, que refleja el haz hacia la superficie de
salida 16 de la lente convergente adicional 14. La superficie de
salida 16 de la lente convergente adicional 14 tiene una curvatura
igual a la curvatura del frente de onda del haz de luz que incide en
el ojo 11. Dicho haz de luz incidente se enfoca finalmente, por
ejemplo, hacia el humor acuoso 17 del ojo 11.
La luz retrodispersada del haz de luz enfocado
en forma de pajarita (véase la sección transversal del haz denotada
en la Figura 2 con el número de referencia 18) se visualiza mediante
una lente de alta apertura 19 sobre una fibra 20, que puede tener la
forma de una rendija para que corresponda con la rendija de un
espectrómetro.
La lente de alta apertura 19 que tiene una
distancia de imagen finita se puede reemplazar con una lente de
corrección infinita junto con una lente tubular para forma una
imagen, que se corresponde con la apertura de la fibra de salida 20.
El tamaño de la imagen, y por tanto la longitud de integración en la
parte anterior del ojo, se puede controlar en tiempo real con una
apertura del campo 21.
El dispositivo y método de acuerdo con la
invención se pueden usar también para medir biomateriales en la
parte anterior del ojo o para controlar cambios en la composición
química de tejidos o biomateriales. El dispositivo y método de
acuerdo con la invención son también adecuados para controlar la
farmacocinética ocular.
Claims (14)
1. Dispositivo para determinar la composición
química de un ojo vivo (11) que comprende:
un medio emisor de luz (20);
un medio de detección de luz para determinar la
composición química de dicho ojo (11) analizando una fracción de luz
del medio de guía de luz que comprende al menos una primera lente
convergente (2; 13) que tiene una superficie de entrada (2a; 13a) y
una superficie de salida (2b; 13b) para entrar en contacto óptico
con el ojo (11) para iluminar al menos parte de dicho ojo (11) con
un haz de luz (1) emitido por dicho medio emisor de luz (20) y para
recibir y guiar al menos una fracción del haz de luz que abandona el
ojo (11) como resultado de dicha iluminación hacia dicho medio de
detección de luz, y en el que
dichos medio de guía de luz se disponen para
iluminar dicha parte del ojo (11) con un haz de luz (1) que tiene un
ángulo de incidencia oblicuo con respecto al eje visual (25) del ojo
(11),
en el que dicho medio de guía de luz comprende
una lente convergente adicional (4; 14), que tiene una superficie de
entrada (4a; 14a) y una superficie de salida (7; 16),
caracterizado porque dicha superficie de
salida (7; 16) tiene una curvatura conforme al frente de onda del
haz de luz que abandona dicha superficie de salida (7; 16) y que
incide en dicha parte de dicho ojo (11).
2. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación
1, caracterizado porque dicha superficie de entrada (4a; 14a)
de dicha lente convergente adicional (4; 14) tiene una curvatura
conforme al frente de onda del haz de la luz que abandona dicha
superficie de salida (2b; 13b) de dicha primera lente convergente
(2) y que incide en dicha superficie de entrada (4a) de dicha lente
convergente adicional (4).
3. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación
1 ó 2, caracterizado porque dicha lente convergente adicional
(4; 14) comprende al menos un espejo interno (6; 16) para reflejar
dicho haz de luz hacia dicha superficie de salida (4b; 16) de dicha
lente convergente adicional (4).
4. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación
3, caracterizado porque dicha lente convergente adicional (4;
14) comprende al menos un primer espejo interno (15) para reflejar
dicho haz de luz (1) desde dicha superficie de entrada (4a; 14a) de
dicha lente convergente adicional (4; 14) hacia dicho primer espejo
interno (6; 16).
5. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación
3 ó 4, caracterizado porque dicho primer (6; 16) y/o dicho
segundo (5; 15) espejo interno son de forma cónica con respecto al
eje visual (25) del ojo (11).
6. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación
3 ó 4, caracterizado porque dicho primer espejo interno (6)
tiene una superficie tórica para corregir la aberración esférica de
dicha primera lente convergente (2).
7. Dispositivo de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque durante su
uso el haz de luz incidente (25) pasa perpendicular a dichas
superficies de entrada (4a; 14a) y salida (4b; 16) de dicha lente
convergente adicional (4; 14).
8. Dispositivo de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dichas
superficies de entrada (4a; 14a) y salida (4b; 16) de dicha lente
convergente adicional (4; 14) son de forma esférica.
9. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación
4 ó 5, caracterizado porque dicha lente convergente adicional
(4) comprende una cavidad llena de aire con forma cónica rodeada por
dicho segundo espejo interno (5).
10. Dispositivo de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 1-9, caracterizado porque
dicha lente convergente adicional (14) es de forma simétrica y está
colocada con respecto al eje visual (25) del ojo (11).
11. Dispositivo de acuerdo con una cualquiera de
las reivindicaciones 1-9, caracterizado
porque dicha lente convergente adicional (14) es de forma asimétrica
con respecto al eje visual (25) del ojo (11).
12. Dispositivo de acuerdo con una cualquiera de
las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicho
medio de detección comprende un espectrómetro con un detector tal
como un dispositivo de carga acoplada (CCD) o tal como un
fotomultiplicador.
13. Dispositivo de acuerdo con una cualquiera de
las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque durante
su uso está presente un fluido de contacto apropiado (8) entre el
ojo (11) y dicha lente convergente adicional (4), tal como por
ejemplo metilcelulosa.
14. Método para determinar la composición
química de un ojo vivo usando un dispositivo de acuerdo con una
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los medios
de guía de luz se ponen en contacto óptico con el ojo para iluminar
al menos una parte de dicho ojo con un haz de luz que tiene un
ángulo de incidencia oblicuo con respecto al eje visual del ojo, en
el que al menos una fracción del haz de luz que abandona el ojo como
resultado de dicha iluminación se recibe y guía hacia un medio
detector y en el que la composición química del ojo se determina
mediante análisis de dicha fracción de luz, caracterizado
porque dicho haz de luz que ilumina dicha parte de dicho ojo se
enfoca en dicho ojo sin que se refracte.
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