ITBO20090128A1

ITBO20090128A1 - A METHOD AND AN APPARATUS FOR THE ASSESSMENT OF THE PSYCHOPHYSICAL STATE OF PEOPLE AND / OR ANIMALS BY MEASURES OF THE GEOMETRIC CHARACTERISTICS OF THE PUPIL

Info

Publication number: ITBO20090128A1
Authority: IT
Inventors: Maria Gabriella Masi; Lorenzo Peretto; Luigi Rovati; Roberto Tinarelli
Original assignee: Maria Gabriella Masi; Lorenzo Peretto; Luigi Rovati; Roberto Tinarelli
Priority date: 2009-03-05
Filing date: 2009-03-05
Publication date: 2010-09-06

Description

D E S C R I Z I O N E DESCRIPTION

“ Un metodo e un apparato per la valutazione dello stato psicofisico di persone e/o animali mediante misure delle caratteristiche geometriche della pupilla”, "A method and apparatus for assessing the psychophysical state of people and / or animals by measuring the geometric characteristics of the pupil",

Nel’uomo e in molti animali la dimensione del diametro della pupilla è controllata dalla contrazione e dalla dilatazione involontaria dell'iride, in modo da regolare l'intensità della luce che entra nell'occhio. In campo medico, tale parametro è utilizzato per stabilire il corretto funzionamento dei muscoli iridei e quindi la presenza o assenza di diverse patologie ma anche a seguito di traumi accidentali. Il restringimento della pupilla, per esempio, può essere causato da traumi al collo e alla colonna vertebrale o da traumi cranici con emorragie; mentre un aumento del diametro pupillare, può essere sintomo di paralisi del nervo oculomotore oppure dell'irritazione del sistema nervoso simpatico o dell’abolizione del riflesso irideo. In humans and many animals, the size of the pupil diameter is controlled by the contraction and involuntary dilation of the iris, in order to regulate the intensity of the light entering the eye. In the medical field, this parameter is used to establish the correct functioning of the iris muscles and therefore the presence or absence of various pathologies but also as a result of accidental trauma. The narrowing of the pupil, for example, can be caused by trauma to the neck and spine or by head trauma with hemorrhages; while an increase in pupil diameter can be a symptom of oculomotor nerve paralysis or irritation of the sympathetic nervous system or the abolition of the iris reflex.

In generale, ci sono diversi metodi per avere diagnosi precoci di importanti malattie che influiscono soprattutto sul sistema nervoso e quindi sul comportamento della pupilla. Tra questi troviamo l’utilizzo di uno strumento chiamato pupillometro che permette di valutare la reattività dei muscoli iridei, in diverse condizioni di illuminazione da quella scotopica (notturna) a quella fotopica (diurna), eseguendo misure del diametro pupillare. Queste ultime sono realizzate considerando le singole immagini della pupilla, una volta registrate tutte le variazioni nel periodo di tempo preso in esame. In base a come varia tale diametro si fa la diagnosi. In general, there are several methods for having early diagnoses of important diseases that mainly affect the nervous system and therefore the behavior of the pupil. Among these we find the use of an instrument called a pupillometer that allows you to evaluate the reactivity of the iris muscles, in different lighting conditions from scotopic (night) to photopic (daytime), by performing measurements of the pupillary diameter. The latter are made considering the individual images of the pupil, once all the variations in the period of time under examination have been recorded. Based on how this diameter varies, the diagnosis is made.

Non esistono metodi che si basano sulla misura del diametro della pupilla che forniscano informazioni sullo stato psicofisico di persone e animali. There are no methods based on the measurement of the pupil diameter that provide information on the psychophysical state of people and animals.

Scopo dell’invenzione è quindi quello di proporre un metodo che consenta di determinare lo stato psicofisico di persone e/o animali mediante l’analisi del valor medio del diametro della pupilla, su un opportuno intervallo di tempo, soggetta ad uno stimolo luminoso con specifiche caratteristiche quali: l’intensità luminosa media, il contenuto spettrale della modulazione di intensità e la cromaticità della radiazione. The purpose of the invention is therefore to propose a method that allows to determine the psychophysical state of people and / or animals by analyzing the average value of the pupil diameter, over a suitable time interval, subject to a light stimulus with specific characteristics such as: the average luminous intensity, the spectral content of the intensity modulation and the chromaticity of the radiation.

Altro scopo dell’invenzione è quello di proporre un dispositivo portatile di economica realizzazione e facile utilizzo, che permetta di ottenere, attraverso una misura indiretta, un’informazione oggettiva presentata in forma numerica o grafica, dello stato psicofisico del soggetto. Another purpose of the invention is to propose a portable device of economic construction and easy to use, which allows to obtain, through an indirect measurement, objective information presented in numerical or graphic form, of the psychophysical state of the subject.

Tali scopi sono raggiunti, secondo l’invenzione, con un’apparecchiatura caratterizzata da: These purposes are achieved, according to the invention, with an equipment characterized by:

1) una parte di generazione dello stimolo luminoso di cui è possibile cambiare le caratteristiche, 1) a part of the generation of the light stimulus of which it is possible to change the characteristics,

2) una parte di misura per la stima del valor medio del diametro della pupilla soggetta, per un certo periodo di tempo, allo stimolo luminoso generato. 2) a measurement part for estimating the average value of the pupil diameter subject, for a certain period of time, to the generated light stimulus.

3) di un ottica di illuminazione e raccolta dell’informazione di misura. 4) una mira di fissazione e messa a fuoco. 3) of a lighting optics and collection of measurement information. 4) a fixation and focus aim.

Per quel che riguarda 1), essa consiste in un circuito di generazione dei segnali, una sorgente luminosa ed eventualmente una o più sorgenti ad infrarossi (IR). La sorgente luminosa, permette di ottenere uno dei tre colori fondamentali oppure una loro qualunque combinazione. In questo modo è possibile stimolare l’occhio, per studiarne la risposta, a diverse cromaticità e/o diverse modulazioni e valori medi dell’intensità luminosa. La sorgente ad infrarosso può all’uopo essere impiegata per acquisire le immagini dell’occhio in condizioni di scarsa luminosità senza indurre variazioni del diametro pupillare. As regards 1), it consists of a signal generation circuit, a light source and possibly one or more infrared (IR) sources. The light source makes it possible to obtain one of the three basic colors or any combination of them. In this way it is possible to stimulate the eye, to study its response, to different chromaticities and / or different modulations and average values of light intensity. For this purpose, the infrared source can be used to acquire images of the eye in low light conditions without inducing changes in the pupil diameter.

Per quel che riguarda 2), essa acquisisce le immagini dell'occhio a un certo numero di fotogrammi al secondo e in un prefissato intervallo di tempo. A titolo esemplificativo il numero di frames per secondo può essere pari a 31 e l'intervallo di tempo pari a 60s. L’unità di elaborazione calcola il valore medio tra tutti i diametri misurati in quello specifico intervallo di tempo. As for 2), it acquires images of the eye at a certain number of frames per second and in a predetermined time interval. By way of example, the number of frames per second can be equal to 31 and the time interval equal to 60s. The processing unit calculates the average value between all the diameters measured in that specific time interval.

La parte 3), si compone di tutti di dispositivi ottici atti a convogliare la radiazione ottica di stimolo e IR sull’occhio del paziente, creare un’immagine della pupilla sull’elemento foto rive lato re e trattare l'immagine o lo spot luminoso per la fissazione e messa a fuoco. Part 3), is made up of all optical devices designed to convey the optical stimulus and IR radiation to the patient's eye, create an image of the pupil on the photographic element and treat the image or the light spot. for fixation and focus.

L'elemento 4) è costituito da un generatore di immagine o di spot luminoso. Al soggetto in esame viene richiesto di fissare questa mira di fissazione durante l'acquisizione dell’immagine pupillare. Element 4) consists of an image or light spot generator. The subject under examination is asked to fix this fixation target during the acquisition of the pupil image.

Il metodo prima proposto viene qui di seguito ulteriormente chiarito in una sua forma di pratica realizzazione riportata a scopo puramente esemplificativo e non limitativo, con riferimento alle allegate tavole di disegni, in cui: The method proposed above is further clarified hereinafter in an embodiment thereof reported for purely illustrative and non-limiting purposes, with reference to the attached drawings, in which:

la figura 1 mostra un’immagine della pupilla, Figure 1 shows an image of the pupil,

la figura 2 mostra in sequenza l'elaborazione di un’immagine per ottenere la misura del corrispondente diametro, Figure 2 shows in sequence the processing of an image to obtain the measurement of the corresponding diameter,

la figura 3 mostra l’andamento nel tempo della variazione della pupilla in una particolare condizione di luce, Figure 3 shows the trend over time of the pupil variation in a particular light condition,

la figura 4 mostra gli andamenti del diametro della pupilla di una persona, in termini relativi, per diverse frequenze dello stimolo luminoso, prima e durante lo stato di ebbrezza. Figure 4 shows the trends of the pupil diameter of a person, in relative terms, for different frequencies of the light stimulus, before and during the state of intoxication.

La determinazione dello stato psicofisico viene eseguita mettendo a confronto il valore medio del diametro della pupilla, ottenuto applicando un opportuno stimolo luminoso, e un diametro medio, assunto come riferimento valutato in assenza di tale stimolo. The determination of the psychophysical state is performed by comparing the average value of the pupil diameter, obtained by applying an appropriate light stimulus, and an average diameter, taken as a reference evaluated in the absence of this stimulus.

Tale metodo può essere utilizzato, per esempio, per valutare lo stato psicofisico di persone o animali in condizioni di stanchezza visiva, oppure lo stato psicofisico di persone in caso di ebbrezza o dopo l'assunzione di sostanze stupefacenti. This method can be used, for example, to assess the psychophysical state of people or animals in conditions of visual fatigue, or the psychophysical state of people in the event of intoxication or after taking drugs.

Indipendentemente dal’utilizzo del dispositivo, il metodo secondo l'invenzione proposta si presenta particolarmente vantaggiosa per i seguenti motivi: Regardless of the use of the device, the method according to the proposed invention is particularly advantageous for the following reasons:

• permette di ottenere le informazioni richieste in modo rapido, indolore, non invasivo ed accurato, • allows the information requested to be obtained quickly, painlessly, non-invasively and accurately,

• i test non devono essere eseguiti necessariamente in ambiente ospedaliero - ambulatoriale, • the tests do not necessarily have to be performed in a hospital - outpatient setting,

• i test possono essere eseguiti da personale senza specifica preparazione medico - infermieristica. • the tests can be performed by personnel without specific medical - nursing training.

Indipendentemente dall’utilizzo del dispositivo, l'apparecchiatura secondo l’invenzione proposta si presenta particolarmente vantaggiosa per i seguenti motivi: Regardless of the use of the device, the equipment according to the proposed invention is particularly advantageous for the following reasons:

- è di semplice realizzazione, sia per la componentistica, sia per la sua semplicità circuitale, - it is simple to make, both for the components and for its circuit simplicity,

- è di semplice e facile utilizzo, - it is simple and easy to use,

- ha un costo limitato, - has a limited cost,

- è leggera e poco ingombrante. - it is light and not bulky.

La presente invenzione è stata illustrata e descritta in una sua preferita forma di realizzazione, ma si intende che varianti esecutive potranno apportarsi ad essa nella pratica senza uscire dall'ambito di protezione del presente brevetto per invenzione industriale. The present invention has been illustrated and described in a preferred embodiment thereof, but it is understood that executive variations may be applied to it in practice without departing from the scope of protection of the present patent for industrial invention.

Claims

R I V E N D I CAZ I O N I 1. Method and apparatus for determining the psychophysical state of people and animals by analyzing the average value of the pupil diameter over an appropriate time interval, when the eye is subjected to a certain light stimulus with a given average light intensity, the spectral content of the intensity modulation and the chromaticity of the radiation.

Method according to claim 1 in which the average values of the pupil diameters are compared in two suitable conditions of light stimulus.

Method according to claim 2 in which, in particular, the degree of visual fatigue of people or animals is assessed.

4. Method according to claim 2, in which the psychophysical state of a person in a state of intoxication is determined.

5. Method according to claim 2 in which the psychophysical state of a person is determined, in particular, after taking narcotic substances.

6. Apparatus according to claim 1 composed of a part for generating the light stimulus, an image acquisition part, a control and processing part and, finally, a part for displaying the results.

7. Apparatus according to claim 6 comprising an optical source of non-visible radiation for pupillary illuminance, a fixation and focusing target and an optic for conveying the stimulus and illuminance radiation onto the subject's eye, creating a image of the pupil on the photodetector element and treat the image or the light spot for fixation and focus.

8. Equipment according to claim 1 in which the operation according to claim 2 is performed and displayed in numerical or graphic form.

9. Apparatus according to claim 1 characterized in that it is light, transportable, not bulky and easy to use