IT8224843A1 - Sistema computerizzato per lo studio ed il calcolo del campo visivo - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

L'oggetto della presente domanda di brevetto d'invenzione ? costituito da un sistema per lo studio ed il calcolo del campo visivo, il quale apporta essenziali caratteristiche di novit?, come pure notevoli vantaggi sugli attuali mezzi conosciuti ed impiegati per questo stesso fine.

Il sistema dell'invenzione (o Campimetro) ? stato proiettato e costruito in maniera totalmente originale, basato su studi clinici preliminari, ai quali venne applicata la tecnologia dei microprocessatori e quella clinica delle scienze m?diche.

Il suo campo d'applicazione conprende quelle specialit? mediche riguardanti l'organo della vista, quali l'oftalmologia, la neurologia e la neurofisiologia. Il suo impiego comprende l'esplorazione clinica neurooftalmologica, per fini diagnostici e la ricerca clinica sperimentale con fini scientifici.

L'originalit? del sistema dell'invenzione ? dovuta sia alla sua concezione,:sia alla sua struttura fisica ed alla sua funzionalit?, non esistendo, attualmente, nessun altro apparecchio di similari caratteristiche. L'idea fondamentale consiste nell'impiego, come schermo campometrico, d'un tubo di raggi catodici (TRC) di gran superficie, per generare il fondo e gli stimoli luminosi capaci di provocare la risposta positiva del soggetto esplorato.

Come pure, un originale sistema di generazione e di amplificazione del segnale di video permette presentare, in modo simultaneo, un fondo di luminosit? variabile, il quale occupa tutta la superficie dello schermo, gli stimoli luminosi di prova con situazione e luminosit? anch'esse variabili, come pure i punti necessari per mantenere la fissazione, m funzione del tipo di esplorazione da effettuare. Ci? si ottiene per mezzo di una triplice eccitazione del catodo del tubo dei raggi catodici, per mezzo di un amplificatore in uscita?specialmente disegnato per questo fine.

La luminosit? del fondo e degli stimoli di prova assumono, indipendentemente, una gamma di valori discreti, su di una scala che permette una grande risoluzione,percorrendo un rapporto lineare del flusso luminoso da un massimo ad un minimo di 10.000 : 1, sufficiente a comprendere, praticamente, la totalit? delle esplorazioni perimetriche. I valori scelti lungo la scala possono essere adattati liberamente al tipo di studio da effettuare.

La luminosit? del fondo e dello stimolo luminoso di prova ? calibrata automaticamente per mezzo d'un fotometro logaritmico, situato sullo stesso schermo.

Uno dei vantaggi che si ottengono dall'impiego del TRC come schermo campimetrico ed il sistema elettronico di??.video dell'invenzione risiede nel fatto che permette raggiungere una grande risoluzione angolare, che raggiunge i 0,2 gradi.

Un procedimento anche originale per situare i punti di fissaggio su diversi punti dell'area esplorabile del TRC.permette di ampliare il campo d'esplorazione a zone periferiche.

L'estensione di questo campo raggiunge i 60 gradi orizzontali ed i 48 verticali, con un tubo da 20 pollici di diagonale, situando l'occhio del paziente a 30 centimetri dallo schermo. Per detta esplorazione periferica vengono situati consecutivamente quattro punti di fissaggio sugli angoli dello schermo.La posteriore composizione dei quadranti esplorati ? effettuata automaticamente a mezzo di programmazione.

Finalmente, l'impiego di un tubo di raggi catodici come generatore di stimoli luminosi permette intraprendere, in maniera originale, un insieme di tecniche esplorative, come lo sono le seguenti:

1) Tecniche di perimetria - 2) Tecniche di acumetria - 3) Tecniche optocinetiche - 4) Tecniche adattometriche - 5) Tecniche di frequenza critica di fusione.

Per mezzo delle tecniche di perimetria si determina la soglia assoluta acromatica o cromatica della sensibilit? retinica e la sua distribuzione topografica. Per ci?, su di un fopdb con luminosit? zero si presenta lo stimolo la cui luminosit? viene fatta variare dal livello zero in aumenti positivi, sino a quando-viene percepita dal paziente. I parametri impiegati sono i seguenti:

- luminosit? del fondo: valore zero;

- luminosit? dello stimolo di prova: da zero sino a quando viene percepito, con aumenti positivi discreti di valore selezionato con programma; - dimensioni dello stimolo di prova: variabili, con forma e grandezza secondo il programma;

- colore dello stimolo di prova: selezionabile a mezzo di programma;

- punto di fissazione: a) numero: 1 su 5 posizioni diverse, in funzione alla zona di retina da esplorare, 4 su posizione pericentral? per lo studio dell'area maculare; b) luminosit?:invariabile durante l'esplorazione.

Le tecniche di perimetria permettono determinare pure l?ombrosit? differenziale acromatica o cromatica, per cui, su di una determinata luminosit? del fondo,si fa variare la luminosit? dello stimolo di prova sino a quando viene percepito per il suo contrasto sul fondo. Per un determinato livello di luminosit? del fondo, l?aumento della luminosit? dello stimolo di prova pu? essere positivo o negativo.

Sino al momento attuale sono state stabilite soltanto le ombros\i.t? per aumenti positivi. Tuttavia, con l'impiego del TRC secondo l'invenzione, ? possibile misurare l?ombrosit? differenziali con aumenti negativi.dello stimolo di prova, creando, in questo modo, una nuova tecnica di perimetria. I parametri impiegati sono i seguenti:

- luminosit? del fondo:regolabile fra 00 e 1000 apostilbi. Si effettua a mezzo di programma;

- punti di fissazione: come al precedente paragrafo;

- luminosit? dello stimolo; variabile ad intervalli discreti positivi . o negativi,partendo dal valore della luminosit? del fondo, a mezzo di programma;

- dimensioni dello stimolo:variabile a mezzo di programma da un minimo di 0,2 gradi quadrati;

- colore dello stimolo: selezionabile a mezzo di programma.

Il sistema dell?invenzione realizza, in modo automatico, in un tempo ottimo, l'esplorazione perimetrica, determinando le ombrosit? differenziali del campo visivo. Variando, a scelta,la posizione del punto di fissazione, si sceglie la zona del campo visivo da esplorare, cio? in mezzo allo schermo per il campo centrale o nei quattro angoli estremi per i campi periferici

Quando si esplora il campo centrale,pu? essere limitata la perimetria ad un determinato meridiano, che viene scelto secondo la convenienza, secondo i bisogni clinici o scientifici. I valori dell?ombrosit? ottenuti sono paragonati con una tabella di valori normali memorizzati sull'ordinatore, informando l'operatore della correlazione ottenuta.

La risoluzione angolare pu? essere modificata a piacere per ottenere una maggiore o minore informazione di una determinata zona del campo visivo. Nei.casi di perdita di sensibilit? della retina per processi patologici, la risoluzione aumenta sui bordi dello scotoma per agevolare la sua delimitazione.

La rappresentazione grafica si ottiene sul monitore della mensola o per mezzo della stampatrice, a modo di mappa delle densit?, in base ad una scala di grigi che rappresenta il grado di sensibilit? della retina o la sua deviazione dalle cifre normali, oppure rappresentando su di un sistema di assi X-Y la sensibilit? dei vari punti di un meridiano o di un parallelo.

Per quanto riguarda le tecniche acuirnetriche, il sistema dell'invenzione determina, in maniera automatica ed interattiva con il paziente, la acutezza visiva angolare di esso, impiegando il metodo del minimo separabile. Per questo si presentano sullo schermo stimoli luminosi, la cui separazione aumenta o diminuisce, sino a quando il paziente li percepisce come uno stimolo doppio od unico, nel cui caso schiaccia il pulsante, comunicando la sua risposta all'ordinatore. Questa misura dell??cutezza visiva pu? essere fatta in qualsiasi zona esplorabile del campo visivo, con una risoluzione angolare variabile a piacere, o pu? essere limitata ad un determinato meridiano.

Una volta conclusa l?esplorazione, si ottiene sul monitore della mensola (o sulla stampatrice) il grafico del valore dell?acutezza visiva e la sua distribuzione topografica della retina per zone o per meridiani. I risultati ottenuti sono comparati con una tabella di valori normali memorizzati sull'ordinatore, per avere un criterio statistico di normalit?.

Per quanto riguarda le tecniche di adattometria, il sistema dell?invenzione determina i valori dell'adattamento locale alla luce e la loro distribuzione topografica della retina.

Impegando una luminosit? super ombrosit? fissa del fondo durante un determinato tempo, si produce l'adattamento dei fotoricettori a stimoli di luminosit? progressivamente decrescenti nel tempo determinando la risposta positiva del paziente ed accumulando il valore dello stimolo percepito in funzione del tempo.L'adattometria si realizza per zone o per meridiani, ed i risultati sono mostrati su di uno schermo e sulla stampatrice, come nelle altre tecniche esploratorie, comparandole con la tabella dei valori,normali.

Per quanto riguarda le tecniche optocinetiche, il sistema dell'invenzione genera sullo schermo frange luminose con larghezza e separazione angolare variabili, le quali, quando si produce una sensazione di movimento orizzontale, verticale od obliquo, scatenano sul paziente, che le osserva, il cosiddetto nistagmus optocinetico, la cui risposta positiva si rivela visivamente per mezzo del movimento riflesso del globo oculare.Una.rivelazione addizionale della risposta elettro-oculografica pu? essere esercitata dal microprocessatore e dalla periferia, permettendo la valutazione e la registrazione dei movimenti oculari. Finalmente, per guanto riguarda la frequenza critica di fusione, il sistema dell?invenzione genera sullo schermo stimoli intermittenti di forma, volume, luminosit?, colore e frequenza critica di fusione nelle varie zone della retina o in determinati meridiani, anche selezionabili per mezzo di programma, I risultati appaiono sullo schermo o sulla stampatrice, e sono comparati con la tabella dei valori normali in maniera automatica, in ciascun caso.

Il sistema offre il vantaggio addizionale della sua facilit? di operazione, in modo che l'operatore che assiste al paziente dispone, su di una mensola laterale, di un monitor di video e di una tastiera alfanumerica, che gli permette il dialogo con l'ordinatore, selezionando le varie opzioni disponibili in funzione della tecnica esploratoria da impiegare, e pu? osservare allo stesso tempo lo sviluppo del processo esploratorio. I risultati di qualsiasi esplorazione appaiono sullo schermo del monitor della mensola in maniera grafica o alfanumerica secondo opzioni stabilite in precedenza.La mensola citata disporr? di una stampatrice di carta, la quale permette disegnare grafici o caratteri alfanumerici corrispondenti a dati.del paziente o a risultati dell'esplorazione,Ma la descrizione particolareggiata seguente dell'invenzione la riferiamo alle figure allegate, sulle quali, a titolo di esempio e senza nessun carattere limitativo, quindi, ? stata rappresentata una modalit? preferita di realizzazione del sistema di cui si tratta.

La fig. 1 rappresenta un diagramma di blocchi dell'unit? centrale di processo (CPU);

la fig? 2 rappresenta il diagramma di blocchi di un circuito generatore di video;

la fig, 3 rappresenta il diagramma di blocchi del complesso miscelatore di video;

la fig.4 illustra lo schema elettrico dell'amplificatore di uscita di video dell'invenzione.

Secondo la fig. 1 si nota su di essa la rappresentazione del diagramma di blocchi dell'unit? centrale di processo (CPU). Su detta figura appare il microprocessatore 1, i moduli di memoria?RAM 2 ed EPROM 3,il decodificatore di direzione 4. I canali di "direzionamento", dati e controllo sono stati "bufferizzati" per mezzo dei moduli integrati'5 e 6.

Come gli esperti in materia potranno comprendere, il microprocessatore i si incaricher? di realizzare i programmi contenuti in una qualsiasi delle memorie 2 e 3.la memoria;.RAM 2 offre una capacit? di 4 Kbytes, mentre la memoria EPROM 3 sar? di una capacit? di 8 Kbytes.

L'unit? centrale di processo conterr?, inoltre, la logica per la direzione di entrambi i moduli di memoria, decodificatore 4 e le porte necessarie che gli permettano di lavorare in'regime ripartito di tempi con il circuito di video (frazionamento del ciclo macchina del microprocessatore).

Sulla fig. 2 appare la rappresentazione del diagramma di blocchi di un complesso generatore di video. Su detta figura si pu? notare la disposizione del circuito integrato 7, il-quale viene impiegato come control? latore del tubo di raggi catodici e dispone, quindi, di uscite di sincronismi orizzontale e verticale. Sulla citata figura si nota che girando detto circuito controllatore 7 si trova tutta la logica addizionale di servit? di esso, in cui figura:

- orologio di controllo 8, costituito da un laccio chiuso di fase (PLL) ed una catena divisoria di frequenza, per generare segnali, i quali sono in sincronia con l?orologio del microprocessatore 1, consentendo, in questo modo, realizzare con quest?ultimo un uso multiplessato dello spazio di memoria. In questo modo, senza stadi di attesa od interruzioni per il microprocessatore 1, il controllatore del TRC 7 agisce in modo trasparente (il ciclo della macchina del microprocessatore si divide in due parti, una per il microprocessatore 1 e l?altro per l?attivit? di lettura d?i controllatore 7;

- logica di tempi, la quale configura il controllatore 7, accompagnata da una inizializzazione a mezzo di programma nella maniera di spazzata voluta. In maniera grafica, ? configurata con una risoluzione di 340 x 256 punti. Il giuoco di caratteri necessario per la spazzata alfanumerica ? mantenuto stancato in una memoria EPROM 9 e, inoltre, contiene la logica addizionale 10 necessaria per la realizzazione della miscela di video grafico ed alfanumerico per un?uscita ad un secondo monitor, come pure l?insieme di porte che s?incarica di generare segnali di cancellatura, uscita da videi grafico ed alfanumerico, come pure video inverso, per due monitor, con segnali di controllo indipendenti; - memoria alfanumerica 11, la quale offre uno spazio di memoria sufficiente per la configurazione alfanumerica programmata;

- vari "drivers'' "tristato" 12 e I3, i quali sono necessari per poter realizzare la lettura delle memorie alfanumerica.e frafica dal controllatore del TRC 7? Come pure permettono, grazie alla distribuzione del citato ciclo macchina, la lettura e la scrittura degli stessi spazi di memoria'dallo stesso microprocessatore 1.Le uscite "enable" dei "drivers" citati sono dirette dall1orologio di video e la linea di lettura/scrittura;

- in ultimo ? stato parimenti previsto il relativo decodificatore di direzioni 14?

Sulla fig. 3 ? stato rappresentato il diagramma di blocchi di un complesso miscelatore di video, il quale ? incaricato di generare e condizionare i vari segnali di video per il monitor d?esplorazione del paziente. Fra questi segnali si trovano i seguenti:

- generazione di punti di fissaggio: questa funzione si realizza per mezzo del circuito integrato 15. I punti di fissaggio generati sono situabili liberamente in qualsiasi punto dell'area di esplorazione e sono variabili, inoltre, in modalit? di presentazione, dando al monitor una capacit? per la esplorazione centrale e periferica. Una modalit? speciale di generazione di quattro punti situati sui bordi di un quadrato al centro dello schermo permette di avvertire scotomi hello stesso centro dell?area di esplorazione. Il controllo di modalit? e presenza di questi punti si effettua a mezzo di programma;

- variazione della luminosit? dello stimolo di prova: la combinazione di un convertitore digitale/analogico l?Ge la risposta del tubo permettono un?escursione del valore del flusso luminoso di questo stimolo superiore a 10.000 : 1. A mezzo di programma si possono calibrare fra tutti questi valori 40 punti di diversa luminosit? ed adattati ad una scala logaritmica di 0,1 a 1.000 "apolstibios". Questi valori possono essere sovrapposti, inoltre, al brillio del fondo;

- controllo del brillio del fondo: viene effettuato pure a mezzo di programma e per mezzo di un conversore digitale/analogico 17* permettendo di adattare, con grande precisione, un determinato valore del brillio del fondo;

- "bufferizzazione": si effettua, per mezzo del circuito integrato 18, la "bufferizzazione" degli impulsi di sincronismo orizzontale e verticale, come pure il segnale di video grafico del monitor d?esplorazione del paziente.

Sulla fig.4 ? stato rappresentato lo schema elettrico dell?amplificatore di uscita del video. In questo caso, per le speciali caratteristiche di detto amplificatore, si ? preferito rappresentare una realizzazione concreta di esso.

Per mezzo di detto amplificatore si effettua l?eccitazione elettrica del catodo del tubo del monitore d?esplorazione e possiede la capacit? di convertire in segnali di catodo un insieme di correnti convenientemente sommate. Sette correnti sono sommate sul transistor 19. Su detto amplificatore si possono distinguere quattro sezioni ben definite, che sono le seguenti:

- amplificatore dello stimolo di prova: ? formato dall'insieme dei transistor 20, 21 e 22. Quest?insieme amplificatore riceve due segnali diversi, cio?: il primo consistente in una tensione proveniente dal con'vertitore digitale/analogLco 16 di stimolo di prova, il quale attacca il transistor 22 ed ? convertito in una corrente proporzionale a detta tensione, in maniera che questa corrente sia iniettata nel transistor 19, determinando il brillio di questo stimolo; il secondo segnale attacca l'emittente del tra,sistor 21 e commuta alla velocit? del video grafico d'esplorazione la corrente prodotta nella tappa precedentemente descritta;

- amplificatore dell'impulso del punto di fissazione: questo amplificatore ? costituito dal transistor 23, iniettando massima corrente al transistor 19 quando si presenta l'impulso di fissazione;

- amplificatore di corrente di fondo: ? costituito dall'amplificazione operazionale 24 ed il transistor tipo FET verticale 25. Quando l'entrata non invertitrice dell'amplificatoneooperazionale 24 riceve un segnale proveniente dal convertitore digitale/analogico 17, si genera una corrente proporzionale a detto segnale, che si inietta nel transistor 19; - transistor di cancellatura: ? costituito dell transistor 26 e la sua missione ? quella di spostare la corrente iniettata al transistor 19 ini;, presenza degli impulsi di cancellatura,.

L'insieme che ? stato descritto al precedente paragrafo possiede una serie di vantaggi rispetto ai sistemi gi? noti, fra i quali risaltano i seguenti:

- interattivit? con paziente e medico:per questo fine disporr? di una tastiera appropriata, preferibilmente di 24 tasti, con assegnazione funzionale di alto livello, come pure di due tubi di raggi catodici per stabilire il dialogo con il medico ed il lavoro d'esplorazione sul paziente, Il monitor del medico pu? offrire simultaneamente l'informazione in maniera alfanumerica e grafica, mentre il monitor del paziente lavorer? preferibilmente in modo grafico;

- semplicit? di maneggio: ? determinata principalmente dall'assegnazione gi? commentata di maniere abituali di lavoro e programmi direttamente alla tastiera, come pure per la vigilanza automatica della risposta del paziente.Una volta scelta la modalit? di lavoro, l'intervento del medico diviene praticamente superfluo;

- versatilit?: dato che tutta l'elettronica del complesso ? modulare e verr? montata su cartoncini introducibili, esso pu? realizzare diversi tipi di lavoro e di calcolo con la semplice aggiunta di moduli di programmazione;

- gran risoluzione angolare: la spezzata grafica crea nell'area d'esplorazione 340 punti orizzontali contro 256 punti verticali, e ci? rappresenta un totale di circa 87.000 punti, esprimendo una risoluzione limite di 0,2 gradi quadrati;

- stampa dei risultati:il risultato dell?esplorazione, come pure i dati richiesti dal medico, possono essere stampati in maniera automatica e grafica al finale di detta esplorazione;

- capacit? di comunicazione: ha la possibilit? di trasmettere dati o risultati ad un ordinatore centrale per mezzo di un sistema di interfase adeguato;

- basso costo per la manutenzione e la riparazione: essendo modulare tutta l'elettronica del conqplesso, la sostituzione di un cartoncino ? un'operazione facile e rapida. Per mezzo di un modulo di programmazione

Claims (4)

RIVENDICAZIONI

1) Sistema per lo studio ed il calcolo del campo visivo, applicabile con fini diagnostici e di ricerca clinica sperimentale nel campo dell'oftalmologia, della neurologia e della neurofisiologia, caratterizzato dal fatto che comprende:

- un'unit? centrale di processo (CPU) dotata di un microprocessatore appropriato all'esec?zione dei programmi contenuti in moduli di memoria dei tipi RAM ed EPROM, un decodificatore di direzioni e mezzi per "bufferizzare" i canali di direzione, dati e controllo;

- un sistema generatore di video, il quale viene costituito a partire da un mezzo integrato per il controllo di un tubo di raggi catodici, dotato di uscite per sincronismi orizzontale e verticale in cui, come logica di servit? di detto controllaiore del tubo di raggi catodici, ? stato previsto; a) un orologio di controllo costituito da un laccio chiuso di fase (PLL) ed una catena di divisione di frequenze, che genera segnali in sincronia con l'orologio del microprocessatore della CPUj b) logica di tempi, che configura il citato mezzo di controllo, accompagnata da una inizializzazione per programma alla maniera di voluta spezzata e.che nella modalit? grafica si configura con una risoluzione di 340 x 256 punti, mentre nella spezzata alfanumerica il giuoco di caratteri necessario si trova stampato in una memoria del tipo EPROM preferibilmente disponendo, inoltre, della logica addizionale necessaria per la miscela di videi grafico ed alfanumerico e video inverso, per ?. due monitor con segnali di controllo indipendenti; c) memoria alfanumerica per la configurazione alfanumerica programmata; d) drivers tristato per la lettura delle memorie alfanumericaee grafica dal mezzo controllatore del tubo e'per la lettura e la scrittura degli stessi spazi di memoria dal microprocessatore; ed e) il necessario decodificatore di direzioni;

- un complesso miscelatore di video, incaricato di generare e condizionare i vari segnali del video per il monitor di esplorazione del paziente e capace di realizzare le seguenti funzioni: a) generare dei punti di fissaggio, per mezzo di un modulo integrato, che possono essere situati liberamente in qualsiasi punto dell?area di esplorazione e variabili in quanto a modalit? di presentazione; b) variare la luminosit? dello stimolo di prova, permettendo, per mezzo della combinazione di un conversore digitale/analogico e la risposta del tubo, un?escursione del valore del flusso luminoso dello stimolo superiore a 10,000 : 1; c) controllare il brillio di fondo, a mezzo di programma e per mezzo di un conversore digitale/analogico, permettendo di .adattare con grande precisione un valore determinato di detto brillio di fondo; e d) "bufferizzare''gli impulsi di sincronismi orizzontale e verticale, come pure il segnale di video grafico del monitor d'esplorazione del paziente per mezzo di un modulo integrato;

- in ultimo,un amplificatore di uscita di video per l'eccitazione elettrica del citato tubo del monitor d'esplorazione, il quale possiede una capacit? per convertire in segnale di catodo un insieme di correnti convenientemente sommate per mezzo di un transistor adeguato,

2) Sistema, secondo la rivendicazione 1, il quale ? caratterizzato dal fatto che nel citato amplificatore di uscita da video sono state previste quattro sezioni differenziate, le cui funzioni sono le seguenti: a) amplificazione dello stimolo di prova, per cui ? stato disposto un insieme di.tre transistor che ricevono due segnali differenti, consistendo la prima di esse in una tensione proveniente da un convers?re digitale/analogico, che attacca ad un transistor ed ? convertita in una corrente proporzionale a quella, e questa corrente ? iniettata al transistor totalizzatore per determinare cos? il brillio dello stimolo, mentre il secondo segnale attacca l'emittente di un altro transistor ? commuta alla velocit? del video grafico di esplorazione la corrente.prodotta dal primo segnale;

b) amplificazione dell'impulso del punto di fissaggio, per mezzo di un transistor di eccitazione del catodo del tubo;

c) amplificazione di corrente di fondo, per mezzo di un amplificatore operazionale ed un transistor del tipo FET, per cui un segnale proveniente da un conversore digitaie/analogico si converte in una corrente proporzionale a quella che si inietta al transistor eccitatore del catodo del tubo;

d) sezione di cancellatura costituita da un transistor che sposta la c corrente iniettata al transistor eccitatore del catodo del tubo quando si presentano gli impulsi di cancellatura.

3) Sistema secondo le rivendicazioni precedenti, il quale ? caratterizzato da una risoluzione angolare limite di 0,2 gradi quadrati.

4) Sistema per lo studio ed il calcolo del campo visivo, cos? come descritto e rivendicato.