ES2940662T3

ES2940662T3 - Sistema y método para medir la inclinación en la lente del cristalino para la facofragmentación por láser

Info

Publication number: ES2940662T3
Application number: ES12764431T
Authority: ES
Inventors: Gary Gray; Rudolph Frey; Steven Bott
Original assignee: Lensar Inc
Current assignee: Lensar Inc
Priority date: 2011-03-25
Filing date: 2012-03-23
Publication date: 2023-05-10
Anticipated expiration: 2032-03-23
Also published as: EP2688504A4; EP2688504A1; EP4169465A1; US20120330290A1; US11185226B2; CN103501720B; CN107361737B; EP2688504B1; US20170014027A9; CN107361737A; WO2012134986A1; CN103501720A

Abstract

Un método para generar formas tridimensionales para la córnea y el cristalino de un ojo, incluyendo el método iluminar un ojo con múltiples secciones de luz y obtener múltiples imágenes de sección de dicho ojo en base a dichas múltiples secciones de luz. Para cada una de las múltiples imágenes seccionales obtenidas, se realizan los siguientes procesos: a) identificación automática de arcos, en espacio bidimensional, correspondientes a las superficies anterior y posterior de la córnea y del cristalino del ojo mediante análisis de imagen y ajuste de curvas de la de las múltiples imágenes seccionales obtenidas; y b) determinar una intersección de líneas trazadas por rayos desde los arcos identificados en un espacio bidimensional con una posición conocida de una sección del espacio que contiene la sección de luz que generó la de las múltiples imágenes seccionales obtenidas, (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema y método para medir la inclinación en la lente del cristalino para la facofragmentación por láser

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un método para generar imágenes tridimensionales de una córnea y de un cristalino de un ojo.

Antecedentes

Obtener los mejores resultados de facofragmentación por láser implica lograr un equilibrio entre dos objetivos opuestos. El primer objetivo opuesto es cortar la mayor cantidad posible del volumen de la lente del cristalino en piezas como sea posible, particularmente las partes del cristalino endurecidas por cataratas, de manera que se requiera la menor cantidad posible de energía ultrasónica y manipulación mecánica del cristalino para retirar el cristalino. Necesariamente, esto significa hacer incisiones lo más cerca posible de la cápsula del cristalino, y particularmente de la cápsula posterior donde, para algunos tipos de cataratas, reside una "placa posterior" difícil de quitar, dura, como se menciona en 1) Kamori, K y Mochiizuki, M, J Cataract Refract Surg. Vol. 36, n.° 1, enero, 2010, págs. 9-12 y 2) Buratto et al, "Phacoemulsification: Principles and Techniques", publicado por SLACK Inc., Thorofare, Nueva Jersey). Cortar la placa posterior en pedazos proporcionaría un gran beneficio al cirujano ya que minimiza el riesgo de dañar la cápsula posterior durante la manipulación mecánica de la placa para romperla en pedazos o colocarla en posición para la aplicación de la punta de facofragmentación ultrasónica.

El segundo objetivo opuesto es que el procedimiento sea lo más seguro posible manteniendo un margen de seguridad suficiente entre la extensión más externa del patrón de incisiones con láser y la cápsula anterior y posterior. El margen de seguridad debe tener en cuenta todas las fuentes de error, incluyendo las fuentes de error más importantes, tales como: 1) errores en la medición de las posiciones de la cápsula anterior y posterior y 2) errores en la colocación de los disparos de láser por el sistema de guía del haz.

Para capsulotomías, se requiere un equilibrio similar. La capsulotomía se corta como una serie de anillos apilados de pulsos de láser individuales. Los pulsos dentro de un anillo y los espaciamientos z entre anillos están espaciados de tal manera que la fotodisrupción que ocurre en cada pulso tiene el efecto compuesto de generar un corte cilíndrico continuo y liso. Si se conociera perfectamente la posición de la cápsula anterior del cristalino en la posición deseada de la capsulotomía, se requeriría un cilindro de altura de borde muy pequeña; es decir, la altura del borde podría ser poco mayor que el grosor de la cápsula del cristalino. Hacer el corte cilíndrico con una altura de borde pequeña es beneficioso porque minimiza la formación de burbujas debajo de la cápsula del cristalino o en la cámara anterior del ojo. La formación de burbujas debajo de la cápsula puede interferir con el corte con láser y dar como resultado capsulotomías que no se cortan por completo y que tienen puentes de tejido residual entre el "botón" de la capsulotomía (región circular de la cápsula anterior que se extrae) y la cápsula del cristalino restante que debe ser rasgada manualmente. Las burbujas de la cámara anterior pueden obstruir o interferir con el láser cuando el láser atraviesa las burbujas para cortar partes de la córnea o el cristalino en partes posteriores del procedimiento con láser. Las pequeñas alturas de borde para el corte cilíndrico también reducen el tiempo de cirugía. Sin embargo, el requisito de alturas de borde pequeñas debe equilibrarse contra el riesgo de que algunas o todas las incisiones pasen por alto la cápsula del cristalino y, en cambio, corten el cuerpo fibroso del cristalino o la cámara anterior debido a pequeños errores en la medición de la posición de la cápsula del cristalino o el posicionamiento del rayo láser al realizar las incisiones. Obviamente, la pérdida total o parcial de la cápsula del cristalino requiere el desgarro manual posterior de parte o la totalidad de la cápsula, lo que anula algunas o todas las ventajas de usar el láser en sí mismo y que también puede aumentar el riesgo de un desgarro de la cápsula anterior cuando el cirujano intenta conectar dos partes de un corte de láser con un desgarro manual para completar la capsulotomía.

Las incisiones corneales tales como IRL, como con las incisiones de capsulotomía con láser, tienen estrictos requisitos de exactitud y precisión. Mientras que las incisiones arqueadas deben penetrar profundamente en el ojo (normalmente el 90 % de los 500-700 pm de grosor de la córnea), no es deseable cortar completamente la córnea. Además, la cantidad de corrección de astigmatismo resultante de un corte es una función de la profundidad del corte.

Otro factor para obtener buenos resultados clínicos en la cirugía de cataratas es el centrado de la capsulotomía. En la cirugía de cataratas convencional, la capsulorrexis se centra en la pupila dilatada del paciente lo mejor que pueda el cirujano. Obsérvese que la pupila se usa para el centrado ya que la pupila es el único punto de referencia disponible visible disponible para el cirujano. Después de que se haya extraído el cristalino con cataratas, la LIO se coloca en la cápsula de modo que la óptica de la ^lI^oquede lo más centrada posible sobre la capsulorrexis, como se muestra en la figura 1. El centrado de la óptica de la LIO en la capsulorrexis ayuda a evitar que la LIO se incline, en relación con el eje del ojo, ya que el borde de la cápsula anterior del cristalino se adhiere a la parte externa de la óptica y se vuelve fibrótica con el tiempo. Con una LIO mal centrada, el borde capsular puede estar parcialmente sobre y parcialmente fuera de la óptica de la LIO y la fibrosis tenderá a tirar de un lado de la LIO hacia adelante más que del otro lado, haciendo que el cristalino se incline con un aumento resultante de las anomalías en las imágenes que forma la LIO en la retina.

Aunque el método de centrado de la LIO anterior se usa ampliamente, tiene la desventaja de que frecuentemente da como resultado un desplazamiento en el eje óptico del ojo después de la cirugía de cataratas. El desplazamiento se debe al hecho de que aunque el eje óptico del ojo generalmente pasa cerca del centro de la pupila no dilatada, la pupila generalmente se dilata algo asimétricamente y el centro de la pupila dilatada se descentra con respecto a la pupila no dilatada y, por lo tanto, fuera del eje óptico como se describe en Merchea, et al, Invest Ophthalmol Vis Sci 2005;46: Resumen electrónico 4357. La LIO, por lo tanto, está igualmente descentrada con respecto al eje óptico original del ojo, y la desalineación entre el eje óptico de la córnea y el eje óptico de la LIO descentrada provoca un aumento de las anomalías en las imágenes formadas por la córnea y la LIO descentrada, reduciendo así la agudeza visual del paciente.

Para realizar incisiones con láser dentro de la córnea y el cristalino, es necesario determinar las posiciones y formas de la córnea anterior y posterior y las superficies del cristalino. Esto se logra en la cirugía de cataratas con láser convencional mediante el uso de un dispositivo biométrico o de obtención de imágenes integrado en el sistema de láser. Con mayor frecuencia, el dispositivo se basa en OCT (tomografía de coherencia óptica) como se describe en Maxine Lipner, "What's ahead Femto technology changing the cataract landscape", EyeWorld, Vol. 13, n.° 33, 24 de marzo de 2011, pág. 19 o un sistema de obtención de imágenes basado en una cámara Scheimpflug como se desvela en la publicación de solicitud de patente de EE. UU. n.° US 2010/0022995. Dichos sistemas crean imágenes seccionales longitudinales del ojo; cada imagen captura la posición de la intersección de la córnea y el cristalino con un plano de luz vertical iluminado que generalmente pasa a través de un diámetro del ojo, es decir, incluye el eje óptico del ojo. La posición de la pupila se puede encontrar a partir de la misma imagen o con la ayuda de una cámara independiente de posición y características ópticas conocidas que apuntan directamente al ojo. Se puede usar una sola imagen seccional longitudinal para permitir que un usuario del láser determine la posición de la capsulotomía y el patrón de facofragmentación por láser, así como las incisiones de la córnea mediante el uso de un ratón de ordenador u otro dispositivo señalador para manipular las retículas de software superpuestas en la imagen seccional longitudinal como se muestra en la figura 2. Este método obliga al cirujano a interrumpir la cirugía para realizar la laboriosa tarea de seleccionar manualmente las diversas posiciones mencionadas anteriormente. El método también adolece de la falta de repetibilidad inherente al procesamiento manual de imágenes y la manipulación de retículas para permitir que el cirujano seleccione la posición y el tamaño del patrón de facofragmentación por láser y la capsulotomía. Dado que el método se basa en la habilidad del cirujano para juzgar exactamente dónde se encuentran las superficies anterior y posterior de la córnea y del cristalino dentro de las imágenes ligeramente borrosas, no es ideal para decidir sobre el equilibrio óptimo entre la necesidad de cortar el patrón de fragmentación muy cerca de la cápsula y seguir permitiendo un margen de seguridad adecuado. Adicionalmente, si el eje óptico del cristalino está inclinado con respecto al eje del láser, la inclinación será visible cuando una imagen seccional longitudinal pase a través del plano definido por los ejes del láser y la lente del cristalino inclinada, pero en una imagen seccional longitudinal perpendicular a este plano, no se observará ninguna inclinación como se explicará con más detalle a continuación. Por tanto, si se coloca un patrón de facofragmentación por láser sobre la base de una sola imagen seccional longitudinal, no hay forma de garantizar que la inclinación se tenga en cuenta correctamente. La presencia de inclinación puede causar un patrón de fragmentación que parece "encajar" en la lente del cristalino en una imagen seccional longitudinal particular, cuando en realidad el patrón, se extiende fuera de los límites del cristalino, es decir, el patrón atravesaría la cápsula del cristalino cuando se tiene en cuenta la forma tridimensional completa del cristalino inclinado.

Como alternativa, en la cirugía convencional de cataratas con láser, la imagen o imágenes seccional(es) longitudinal(es) puede(n) procesarse automáticamente para encontrar la posición de los bordes que representan las superficies curvas anterior y posterior de la córnea y el cristalino en un sistema de coordenadas definido por láser. Se pueden encontrar ejemplos de dicho procesamiento automático en las solicitudes de patentes provisionales de EE. UU. números 61/228,506 y 61/455,178 y las publicaciones de solicitudes de patentes de EE. UU. números 2010/0004641 y 2010/0022995. Si se aplica el ajuste numérico de curvas a los puntos de borde correspondientes a una particular de las cuatro superficies ópticas del ojo, por ejemplo, usando un algoritmo de ajuste de curvas RANSAC, (véase, Peihua Li y Xianzhe Ma, "Robust Acoustic Source Localization with TDOA Based RANSAC Algorithm", en Emerging Intelligent Computing Technology and Applications, editado por De-Shuang Huang et al, Springer-Verlag, Berlín, 2009), se puede encontrar una representación matemática de la posición de la superficie dentro de las imágenes de la sección longitudinal. Al repetir el proceso, una representación matemática bidimensional, en forma de arco de círculo, de cada una de las cuatro superficies se puede obtener como se muestra en la figura 3. (Cabe señalar que el término "arco" significa una curva con un radio de curvatura más o menos constante. Sin embargo, el arco puede referirse a una sección de una elipse, a una pequeña sección de una parábola, etc., dentro de nuestro uso). Aunque no se muestra, la posición de la pupila también podría derivarse automáticamente de la imagen de la sección longitudinal o de una imagen de una cámara que señala al ojo y la capsulotomía se centraría mediante el sistema de láser en el centro de la pupila.

El procesamiento de imágenes por ordenador y el ajuste de curvas mencionados anteriormente mejoran el método manual en el sentido de que las posiciones de las superficies anterior y posterior de la córnea y del cristalino se pueden encontrar de manera más precisa y repetible y se puede imponer un margen de seguridad necesario entre el patrón de fragmentación por láser y la cápsula del cristalino de manera automática y precisa por el software. A pesar de las ventajas mencionadas anteriormente, el método todavía adolece del problema de la inclinación del cristalino. Además, tanto la versión manual como la automática de este método están sujetas a grandes errores debido a la inclinación del cristalino, como se explica a continuación.

En los métodos mencionados anteriormente, la posición de la capsulotomía con láser es inmóvil, necesariamente, en el centro de la pupila, con las limitaciones de ese tipo de posicionamiento. Todos los métodos anteriores, que involucran una sola imagen seccional plana del ojo, sufren la posibilidad de que el cristalino esté inclinado con respecto al eje de la óptica láser. Todavía hay métodos alternativos, tal como se desvela en las solicitudes de patentes provisionales de EE. UU. números 61/228,506 y 61/455,178 y las publicaciones de solicitudes de patentes de EE. UU. números 2010/0004641 y 2010/0022995, que utilizan dos o más imágenes seccionales longitudinales o casi longitudinales del ojo para reconstruir modelos 3D limitados del ojo, que sufren el mismo problema de no tener en cuenta explícitamente la inclinación del cristalino. Tal inclinación puede ser el resultado de un acoplamiento ligeramente descentrado del sistema de láser al ojo. (El sistema láser debe estar "acoplado" al ojo para mantener el ojo estacionario y en una posición y orientación conocidas con respecto al sistema de coordenadas del láser y el sistema de medición del ojo integrado del láser). Esto se logra convencionalmente colocando un anillo de succión circular especialmente diseñado en el ojo en o cerca del limbo. El anillo de succión está acoplado o sujeto al láser de manera rígida, definida para mantener el ojo en una posición fija en relación con el láser. Como se muestra en las figuras 4A-B, si el anillo de succión se aplica asimétricamente, es decir, centrado con respecto al centro del limbo, el dispositivo de acoplamiento sostendrá el ojo en ángulo, inclinado con respecto al eje del láser.

Como se muestra esquemáticamente en las figuras 5A-C, se ha colocado un patrón de disparo tridimensional dentro de una representación tridimensional del cristalino, basado en una sola imagen seccional longitudinal del ojo como se muestra en la figura 5A. Obsérvese que en las figuras 5A-C, la cápsula del cristalino que rodea el cristalino se muestra en gris y el patrón de disparo en rosa. Tal como se muestra en la figura 5A, el patrón de disparo parece encajar dentro de la cápsula del cristalino en esta vista. Sin embargo, cuando el cristalino y el patrón de disparo incrustado se giran 45° (figura 5B) o 90° (figura 5C) alrededor del eje Z, es evidente que el patrón de disparo no encaja completamente dentro de la cápsula del cristalino. Por tanto, basar la colocación del patrón de facofragmentación por láser en una sola imagen seccional longitudinal del ojo puede conducir a errores en dicha colocación. Por tanto, para asegurarse de que el patrón de disparo encaje completamente dentro de la cápsula del cristalino, es necesario conocer la geometría tridimensional del cristalino, y en particular, la cantidad con la que se inclina el cristalino con respecto al eje del láser y el sistema biométrico. Aunque no se muestra, existe un problema similar con la colocación de una capsulotomía o IRL sobre la base de una sola imagen seccional longitudinal del ojo.

Las figuras 5A-C ilustran el problema general de que para realizar incisiones con láser en la córnea, o cortar una capsulotomía con láser de una altura de borde mínima, o cortar un patrón de facofragmentación por láser dentro de la lente del cristalino, se debe conocer la forma tridimensional y la posición del tejido diana. Para abordar este problema, una determinación precisa de la forma tridimensional y la posición del tejido diana y la inclinación del cristalino en relación con el láser y el sistema de coordenadas del sistema biométrico deben conocerse para centrar correctamente la capsulotomía, colocar el patrón de facofragmentación por láser correctamente dentro del cristalino y colocar las incisiones corneales correctamente dentro de la córnea, dejando márgenes de seguridad apropiados con respecto a la prevención del daño al tejido cercano. Oculus: "The Pentacam" (www.oculus.de, 23 de julio de 2010), Los documentos WO 2007/104166 A1, WO 2009/081286 A2, WO 2010/109020 A1, US 2010/042079 A1 y US 6501 551 B1 se refieren todos a sistemas que intentan resolver las desventajas mencionadas anteriormente de los sistemas conocidos en la técnica.

Breve sumario

Un aspecto de la presente invención se refiere a un método para generar formas tridimensionales para una córnea y el cristalino de un ojo, para determinar una inclinación de un eje óptico del cristalino con respecto a un eje de un sistema de láser y biométrico, incluyendo el método iluminar un ojo con múltiples secciones de luz y obtener en una cámara imágenes de múltiples secciones de dicho ojo basándose en dichas múltiples secciones de luz. Para cada una de las múltiples imágenes seccionales obtenidas, se realizan los siguientes procesos:

a) identificar automáticamente los arcos, en el espacio bidimensional, que corresponden a las superficies anterior y posterior de la córnea y del cristalino del ojo mediante análisis de imágenes y ajuste de curvas de una de las múltiples imágenes seccionales obtenidas; y

b) determinar, sobre una base superficie por superficie, los rayos trazados a partir de los arcos identificados en el espacio bidimensional hasta la cámara; y después determinar dónde se intersecan dichos rayos con una posición conocida de una sección del espacio que contiene la sección de luz que generó la de las múltiples imágenes seccionales obtenidas, en donde la intersección determinada define una curva de arco tridimensional.

El método incluye además reconstruir formas tridimensionales de las superficies anterior y posterior de la córnea y las superficies anterior y posterior del cristalino basándose en el ajuste de la curva de arco tridimensional a una forma tridimensional esférica; determinar el centro de curvatura para las superficies anterior y posterior del cristalino y las superficies anterior y posterior de la córnea; y basándose en dichos cuatro centros de curvatura determinados determinar un eje óptico del ojo.

Un segundo aspecto, que no se reivindica como parte de la invención, se refiere a un método de tratamiento quirúrgico de un ojo que incluye la generación de formas tridimensionales para una córnea y el cristalino de un ojo. El método de generar formas tridimensionales incluye iluminar un ojo con múltiples secciones de luz y obtener múltiples imágenes seccionales de dicho ojo basándose en dichas múltiples secciones de luz. Para cada una de las múltiples imágenes seccionales obtenidas, se realizan los siguientes procesos:

b) determinar una intersección de líneas trazadas con rayos a partir de los arcos identificados en un espacio bidimensional con una posición conocida de una sección del espacio que contiene la sección de luz que generó la de las múltiples imágenes seccionales l obtenidas, en donde la intersección determinada define una curva de arco tridimensional. El método que incluye además reconstruir formas tridimensionales de las superficies anterior y posterior de la córnea y las superficies anterior y posterior del cristalino basándose en el ajuste de la curva de arco tridimensional a una forma tridimensional. El método de reparar quirúrgicamente un ojo incluye además formar cortes en el ojo basándose en las formas tridimensionales reconstruidas de la córnea y el cristalino.

Uno o más aspectos, que no se reivindican como parte de la presente invención, permiten compensar la orientación angular de la córnea y el cristalino de un ojo.

Breve descripción de los dibujos

Los dibujos adjuntos, que se incorporan en el presente documento y constituyen parte de la presente memoria descriptiva, y, junto con la descripción general dada anteriormente y la descripción detallada dada a continuación, sirven para explicar las características de la presente invención. En los dibujos:

la figura 1 muestra una imagen de una LIO colocada en una cápsula de modo que la óptica de la LIO quede centrada en la capsulorrexis;

la figura 2 muestra una imagen de un ojo con retículas de software superpuestas a la imagen;

la figura 3 muestra una imagen de un ojo con representaciones matemáticas bidimensionales de las superficies del cristalino y de la córnea en forma de arcos de un círculo superpuesto a la imagen en sección longitudinal; las figuras 4A-B muestran esquemáticamente dos casos diferentes en los que un anillo de succión acopla un ojo en su lugar, en donde dicho acoplamiento da como resultado (A) que el ojo se sostenga sin inclinación y (B) que un ojo se sostenga en ángulo, inclinado con respecto al eje del láser;

las figuras 5A-C muestran esquemáticamente un patrón de disparo tridimensional colocado dentro de una representación tridimensional del cristalino, basado en una única imagen en sección longitudinal del ojo en la que las figuras 5A-C representan diferentes orientaciones angulares del cristalino con respecto al eje Z;

la figura 6 muestra esquemáticamente una realización de un proceso para reconstruir un modelo tridimensional de la córnea y la lente del cristalino de conformidad con la presente invención;

la figura 7 muestra un diagrama de flujo del proceso de reconstrucción mostrado en la figura 6; y

la figura 8 muestra un proceso para reconstruir un modelo tridimensional de la córnea y la lente del cristalino usando múltiples imágenes seccionales de conformidad con la presente invención, en donde la superficie anterior de la córnea se ha modelado de dos maneras: como una superficie esférica y (arriba) como una superficie definida en una expansión polinómica de Zernike.

Descripción detallada de las realizaciones preferentes

De conformidad con la presente invención, cuando se obtienen dos o más imágenes seccionales longitudinales del ojo, las posiciones de una superficie óptica (superficie anterior o posterior de la córnea o del cristalino), como se caracteriza matemáticamente para cada imagen seccional longitudinal, se pueden utilizar para generar un modelo tridimensional de la superficie, ajustando la curva de los puntos de borde encontrados en cada imagen a la representación matemática de una esfera, utilizando un algoritmo de mínimos cuadrados. El proceso se repite para obtener las representaciones matemáticas de cada una de las superficies anterior o posterior de la córnea o del cristalino en términos de una esfera de mejor ajuste u otra representación matemática apropiada de las superficies, tal como modelar las superficies en una expansión polinómica de Zernike.

Un proceso 200 particular para reconstruir un modelo tridimensional de la córnea y la lente del cristalino dentro de un sistema de coordenadas definido por la cámara y el láser se muestra en las figuras 6 y 7. En el caso de la figura 6, solo se muestra una única imagen seccional longitudinal del ojo por motivos de simplicidad. Sin embargo, se requieren dos o más imágenes seccionales longitudinales para crear una forma tridimensional para la córnea y el cristalino de acuerdo con la presente invención. Tal como se muestra en la figura 6, una sección longitudinal de un ojo está iluminada por una lámina longitudinal de luz 100, Li, generada por una fuente de luz (no mostrada), tal como se describe en la solicitud de patente provisional de Estados Unidos n.° de serie 61/455.178. La luz 100 se dispersa desde la córnea y el cristalino del ojo hasta una cámara (no mostrada). La cámara obtiene una imagen seccional longitudinal del ojo mediante el proceso 204 de la figura 7 y se almacena en un procesador (no mostrado) que está en comunicación con la cámara.

Según los procesos 206, 208, 210 y 212 que se muestran en la figura 7, cuatro curvas bidimensionales se identifican automáticamente a partir de la imagen seccional longitudinal obtenida mediante el análisis y el ajuste de curvas. Las cuatro curvas son similares a las que se muestran en la figura 3 en que dos de ellas corresponden a las superficies posterior y anterior de la córnea y las otras dos corresponden a las superficies posterior y anterior de la lente del cristalino.

El proceso anterior se repite n-1 veces adicionales por procesos 214, 216, etc., en donde n es > 1. Dicho de otro modo, el proceso se repite para n-1 imágenes seccionales longitudinales adicionales que se obtienen por proceso 204. El resultado final es que se obtienen n conjuntos de cuatro curvas bidimensionales, en donde cada curva está representada por el parámetro Ay, en donde i = 1, ... n y j = 1, 2, 3, 4. Tales curvas Ay se almacenan en una memoria para ser procesadas posteriormente por un procesador.

A continuación, el trazado de rayos se realiza superficie por superficie comenzando con la superficie anterior de la córnea, j =1, por procesos 218, 220 y 222. Para la superficie anterior de la córnea, el trazado de rayos se realiza entre cada una de las curvas bidimensionales de la superficie anterior Ai¹(i = 1, ...n) en que los rayos que parten del plano de la imagen de la cámara se trazan para seguir su trayectoria a medida que pasan a través de una superficie ocular del ojo donde el rayo se desvía de acuerdo con la ley de Snell. A continuación, se determina dónde pasan dichos rayos a través del plano de luz seccional longitudinal Li, que corresponde a la curva Ai¹que es el objeto del trazado de rayos. (La superficie anterior de la córnea, dado que es la superficie ocular más anterior, no pasa a través de ninguna otra superficie ocular en su camino hacia los Li, pero los rayos de todas las demás superficies oculares se refractan a través de una o más superficies oculares en su camino hacia los Li). La intersección de los rayos con el plano, Li, da como resultado la definición de una curva de arco tridimensional Ci¹en el espacio tridimensional. Obsérvese que el espacio tridimensional significa el volumen tridimensional del espacio ocupado por el ojo que se está midiendo. Este proceso se repite para cada una de las imágenes seccionales longitudinales, Ii, y planos, Li, en donde i = 1, ...n. Las curvas Cn, i = 1, ... n se ajustan a una forma tridimensional, S¹, por proceso 228. Un ajuste de este tipo involucra el uso de las curvas Ci1 para i=1...n 1 para encontrar las formas de las superficies oculares, S¹, basado en encontrar la mejor esfera (u otras formas como una expansión polinómica de Zernike) que se ajuste simultáneamente a todas las curvas, Cn, de cada sección longitudinal para corresponder a esa superficie ocular.

Tal como se muestra en la figura 7, los procesos de ajuste y trazado de rayos antes mencionados 222 y 228 se repiten para las demás superficies, j = 2, 3, 4, que corresponden a la superficie posterior de la córnea (j=2), la superficie anterior del cristalino (j=3) y la superficie posterior del cristalino (j=4). Las superficies tridimensionales, Sj, j=1...4, representan un modelo matemático del ojo en el volumen tridimensional exacto del espacio ocupado por el ojo real en un sistema de coordenadas tridimensional definido por el láser y el sistema de cámara.

Obsérvese que en el caso en que las superficies anterior y posterior de la córnea y del cristalino se modelaran como esferas, dos imágenes seccionales longitudinales serían suficientes para la reconstrucción de la forma tridimensional de la córnea y el cristalino. Si se obtienen y procesan más de dos imágenes seccionales longitudinales, dará como resultado una reconstrucción más precisa de la geometría tridimensional. Como alternativa, las dos o más superficies longitudinales podrían utilizarse con otras geometrías tridimensionales, como las descritas por los polinomios de Zernike (véase, Capítulo 26, "Zernike Polynomials", en The Handbook of Formulas and Tables for Signal Processing, Ed. Alexander Poularikas, CRC Press, Boca Raton, 1999) que se utilizan comúnmente en oftalmología para describir las propiedades refractivas del cristalino y la córnea, para reconstruir las superficies de la córnea y del cristalino.

La figura 8 muestra la reconstrucción de las superficies esféricas modeladas anterior y posterior de la córnea y del cristalino por proceso 200 derivadas de múltiples imágenes seccionales longitudinales del ojo y utilizando el análisis automático de las imágenes y numérico de las imágenes para identificar las superficies de arco bidimensionales y el trazado de rayos para encontrar los puntos de coordenadas tridimensionales a lo largo de los arcos de las superficies de la córnea y del cristalino en las coordenadas del sistema láser/biométrico. Se muestra también una descomposición de Zernike de la superficie anterior de la córnea, usando los mismos datos.

Obsérvese que la figura 8 pretende mostrar cómo los modelos tridimensionales de las superficies anterior y posterior de la córnea y del cristalino pueden reconstruirse usando imágenes creadas por un plano longitudinal de luz y una cámara fuera del eje, por ejemplo, una cámara Scheimpflug. Procesos similares se seguirían con imágenes seccionales longitudinales obtenidas de una Tomografía de Coherencia Óptica (OCT). En este caso, el proceso de trazado de rayos no sería necesario. En su lugar, los arcos bidimensionales mencionados anteriormente, Aij, se transforman directamente en las curvas tridimensionales del espacio, Cij adaptando a escala el sistema de coordenadas de las imágenes seccionales longitudinales, a la escala de volumen tridimensional explorado en el ojo. Por lo demás el método OCT es equivalente a lo descrito anteriormente con respecto a las figuras 6-7.

Explicado de otra manera, las posiciones z de los puntos a lo largo de las formas arqueadas de las superficies anterior y posterior de la córnea y del cristalino en las imágenes de OCT se derivarían de la información de dominio de tiempo o frecuencia inherente al método de medición de OCT; y las coordenadas x e y se tomarían de la posición conocida y la dirección de señalamiento de la exploración de OCT, relativas al sistema de coordenadas del OCT y el láser. Una vez que se conocen las coordenadas en 1) la OCT y el sistema de coordenadas láser o 2) una descripción matemática de las coordenadas para una serie de puntos en las superficies anterior y posterior de la córnea y del cristalino, dos o más exploraciones no coincidentes son suficientes para modelar las superficies como esferas. (Por no coincidentes se entiende que las exploraciones pasan a través del ojo orientadas de tal manera que las exploraciones seccionales longitudinales iluminadas deben intersecarse entre sí en un ángulo diedro que no es cero. De forma ideal, para una reconstrucción de dos exploraciones, las exploraciones seccionales longitudinales serían perpendiculares entre sí. Para más de dos exploraciones, es eficiente hacer rotar las exploraciones en ángulos iguales alrededor del eje óptico del ojo. Si se utilizan las secciones longitudinales que son paralelas entre sí, deben estar espaciadas a lo largo del diámetro del ojo. Por ejemplo, se podrían disponer cuatro exploraciones de tal manera que las exploraciones intersecarían una sección transversal del ojo en forma de un patrón de "tres en raya". El punto importante es muestrear la mayor cantidad posible de una sección transversal del ojo). De nuevo, más de dos exploraciones coincidentes permitirían una reconstrucción más precisa de la geometría tridimensional. De igual manera, análoga al ejemplo anterior, si se utilizan más de tres superficies longitudinales, podrían derivarse geometrías tridimensionales de superficies más complejas, como las descritas por los polinomios de Zernike, para las superficies de la córnea y el cristalino. La OCT permite la capacidad de hacer exploraciones no planas, tales como exploraciones circulares que generan secciones cilíndricas del ojo.

Los modelos tridimensionales de la superficie anterior y posterior de la córnea y del cristalino podrían derivarse igualmente de varios tipos de exploraciones no planas. Un ejemplo sería hacer una serie de secciones cilíndricas concéntricas del ojo y derivar modelos de las superficies anterior y posterior de la córnea y del cristalino a partir de estas secciones. Una sola exploración en espiral también proporcionaría información suficiente sobre las superficies de la córnea y del cristalino para crear modelos geométricos complejos y precisos de las superficies. De nuevo, el guiado rector de la selección de las secciones iluminadas es que la intersección de estas secciones verticales, independientemente de la forma, con una sección transversal del ojo cubra la sección transversal tanto como sea posible. Esto proporciona la máxima cantidad de información para reconstruir con precisión las formas tridimensionales de las superficies oculares.

En cualquiera de los métodos detallados en la presente descripción, se encuentran modelos tridimensionales matemáticos de las superficies anterior y posterior de la córnea y del cristalino. También se puede encontrar la posición de la pupila del ojo. Los modelos tridimensionales se pueden utilizar para centrar correctamente la capsulotomía en un eje óptico del ojo. Esto puede realizarse de varias maneras. Si se utilizan modelos tridimensionales esféricos, cada superficie esférica se describirá en términos de cuatro parámetros: 1) el radio de curvatura de la esfera y 2-4) las tres coordenadas del centro de curvatura de la esfera. En un ojo ideal, los cuatro centros de curvatura caerían a lo largo de una línea, que es el eje óptico del ojo. Sin embargo, en los ojos reales, los centros de curvatura pueden caer ligeramente fuera de una sola línea y la mejor estimación del eje óptico del ojo sería una línea que pasara lo más cerca posible a través de los cuatro centros de curvatura, determinándose, por ejemplo, mediante un ajuste de mínimos cuadrados de una línea a los cuatro centros de curvatura. La intersección de esa línea con la córnea anterior proporcionaría el centro diana de la capsulotomía con láser. Si se usara tal proceso de centrado de capsulotomía, y si la LIO se colocara centrada en la capsulotomía, generalmente se preservaría el eje óptico del ojo y se minimizarían las anomalías debidas a la desalineación del eje de la LIO con el eje de la córnea.

Ocasionalmente ocurre que los datos de obtención de imágenes no son de una calidad suficientemente alta como para que el centro de curvatura de una o más de las superficies del cristalino o de la córnea pueda determinarse con precisión. Este problema ocurre más a menudo con la superficie posterior del cristalino debido a la necesidad de medir esta superficie a través de las otras superficies y a través de las propiedades de oscurecimiento de la catarata. En este caso, la mejor estimación del eje óptico del ojo se encontraría utilizando las superficies para las cuales se dispusiera de datos de suficiente calidad. Siempre que se dispusiera de dos o más centros de curvatura, con al menos uno de la superficie de un cristalino, es posible una estimación razonablemente precisa del eje óptico del ojo. (Los dos centros de curvatura de la córnea generalmente están tan cercanos entre sí que definir el eje óptico del ojo con solo estos dos puntos no es lo suficientemente preciso).

Para la mayoría de los ojos, la región circular central de 5-6 mm de diámetro sigue de cerca una forma esférica y el uso de modelos esféricos es fácil y conveniente, se pueden utilizar otras formas geométricas tridimensionales para las superficies de la córnea y del cristalino. Si se utilizan otras formas geométricas, tales como superficies tridimensionales basadas en polinomios de Zernike o su equivalente, debe usarse un equivalente para esa forma geométrica del centro de curvatura de la esfera en lugar del centro de curvatura de la esfera. Con esta sustitución, todavía se puede seguir el método anterior.

Una vez hecha la elección del centro de la capsulotomía, la intersección de un cilindro del diámetro de la capsulotomía, y centrado en el eje óptico elegido del ojo, con la superficie de la cápsula anterior proporciona la trayectoria tridimensional del patrón de capsulotomía con láser ideal. En general, si el ojo está acoplado con algún descentrado, la capsulotomía ideal estará inclinada con respecto al plano perpendicular al eje del láser. Si el cristalino no es radialmente simétrico, la trayectoria tridimensional puede ser aún más compleja. El sistema de guía del haz del láser debe seguir la trayectoria tridimensional del patrón de capsulotomía ideal. Cuando se sigue este proceso, la altura del borde de la capsulotomía puede ser muy pequeña con las ventajas descritas anteriormente.

Los modelos tridimensionales de las superficies anterior y posterior de la córnea y del cristalino también proporcionan una forma de optimizar el patrón de facofragmentación por láser dentro de los límites de la cápsula del cristalino, incluso si el ojo está inclinado con respecto al eje del láser. Si se desea un patrón de fragmentación de una geometría particular, por ejemplo, círculos en forma de tarta y cilindros, una serie de cilindros concéntricos, intersecados por una serie de "cuchillas" radiales, el patrón se puede personalizar para que se ajuste a los límites del cristalino. Por lo general, el patrón está centrado en la pupila, que se puede encontrar con un análisis de múltiples imágenes seccionales longitudinales o por una cámara separada de posición conocida y dirección de señalamiento dentro del sistema de coordenadas del sistema láser/biométrico. El patrón debe estar dentro de la pupila porque los láseres no pueden cortar detrás del iris sin dañarlo. Generalmente se incorpora un pequeño margen de seguridad (0,1 -0,5 mm) para evitar golpear la pupila; por tanto, el diámetro del patrón de fragmentación no será mayor que el diámetro de la pupila menos el margen de seguridad. La geometría tridimensional de las superficies anterior y posterior de la córnea y del cristalino se pueden utilizar para restringir la extensión anterior y posterior del patrón; de nuevo, se necesita un margen de seguridad de 0,25 a 1 mm para permitir la imprecisión en las mediciones biométricas y las imprecisiones en el señalamiento del láser.

Se pueden personalizar otros tipos de patrones de facofragmentación por láser para que se ajusten a los límites de la cápsula, como anteriormente, dejando el margen de seguridad mínimo entre la extensión más externa del patrón y la cápsula del cristalino para permitir la fragmentación de la mayor parte posible del cristalino, por las razones descritas anteriormente.

Las incisiones corneales se definen de manera análoga. Las incisiones IRL (incisiones de relajación limbal) o QA (queratotomía astigmática) son incisiones arqueadas generalmente colocadas en pares diametralmente dispuestos, con el subtendido angular de los arcos (generalmente de 30 a 90°) elegido por la cantidad de corrección astigmática requerida. Las profundidades de las incisiones son generalmente del 80 al 90 % del grosor de la córnea en las ubicaciones de las incisiones. Dado que el grosor de la córnea no es uniforme, la determinación de las posiciones de la superficie corneal posterior en particular es importante. La trayectoria ideal del láser al cortar la incisión IRL o QA debería seguir la forma de la córnea posterior a una distancia que comienza en el grosor corneal residual deseado por encima de la superficie corneal posterior.

Los expertos en la materia apreciarán que se pueden realizar cambios en las realizaciones descritas anteriormente sin apartarse del amplio concepto inventivo de las mismas. Se entiende, por lo tanto, que la presente invención no se limita a las realizaciones particulares descritas, sino que pretende cubrir modificaciones dentro del alcance de la presente invención tal como se define en las reivindicaciones adjuntas.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un método para generar formas tridimensionales para una córnea y para el cristalino de un ojo con el fin de determinar una inclinación de un eje óptico del cristalino con respecto a un eje de un sistema de láser y biométrico, comprendiendo el método:

iluminar un ojo con múltiples secciones de luz;

obtener en una cámara múltiples imágenes seccionales de dicho ojo, basándose en dichas múltiples secciones de luz;

realizando para cada una de dichas múltiples imágenes seccionales obtenidas, los siguientes procesos:

a. identificar arcos automáticamente, en el espacio bidimensional, que corresponden a las superficies anterior y posterior de la córnea y del cristalino de dicho ojo, mediante análisis de imágenes y ajuste de curvas de dicha una de dichas múltiples imágenes seccionales obtenidas;

b. determinar, sobre una base superficie por superficie, los rayos trazados a partir de dichos arcos identificados en un espacio bidimensional hasta la cámara; y, después, determinar dónde se intersecan dichos rayos con una posición conocida de una sección del espacio, que contiene dicha sección de luz, que generó dicha una de dichas múltiples imágenes seccionales obtenidas, en donde dicha intersección determinada define una curva del arco tridimensional; caracterizado por

reconstruir formas tridimensionales de dichas superficies anterior y posterior de la córnea y de dichas superficies anterior y posterior del cristalino, basándose en el ajuste de dicha curva de arco tridimensional a una forma tridimensional esférica y determinar el centro de curvatura para las superficies anterior y posterior del cristalino y las superficies anterior y posterior de la córnea; y

basándose en dichos cuatro centros de curvatura determinados, determinar un eje óptico del ojo.

2. El método de la reivindicación 1, en el que la etapa de identificar automáticamente los arcos se repite varias veces para proporcionar una pluralidad de dichos arcos.

3. El método de las reivindicaciones 1 o 2, en el que dicha sección de luz es una lámina longitudinal de luz.

4. El método de las reivindicaciones 1 o 2, en el que dicha sección de luz no es plana.

5. El método de las reivindicaciones 1 o 2, en el que dicha sección de luz es cilindrica.

6. El método de las reivindicaciones 1 o 2, en el que dicha sección de luz se genera mediante una exploración en espiral.