ITFI20100173A1 - Strumento e metodo oftalmico - Google Patents

Description

STRUMENTO E METODO OFTALMICO

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda il settore degli strumenti e metodi oftalmici, in particolare strumenti e metodi per l'analisi della cornea e/o del segmento anteriore dell'occhio.

Negli ultimi anni sono stati sviluppati una serie di strumenti oftalmici del tipo summenzionato, basati su una illuminazione a fessura di una sezione della cornea e sulla ripresa di tale sezione illuminata tramite un opportuno sistema di osservazione. La maggior parte di tali strumenti catturano e salvano immagini di varie sezioni dell’occhio, mediante rotazione dei dispositivi di acquisizione attorno all'asse ottico dell'occhio e, tramite un’opportuna elaborazione, ottengono una ricostruzione tridimensionale dell’intera camera anteriore dell'occhio stesso.

Uno dei principali problemi che si riscontra nell'uso di questo genere di strumenti à ̈ che gli occhi del paziente, per quanto cooperativo ed impegnato a fissare correttamente il punto di fissazione fornito dallo strumento, non possono mantenersi assolutamente fermi. D'altra parte la scansione dell’occhio necessita un certo intervallo di tempo per poter essere completata. Ciò che si verifica, dunque, à ̈ che nel corso della scansione rotante, la posizione ideale di acquisizione dell’occhio va a decentrarsi rispetto all’asse di rotazione del dispositivo di cattura. Questo decentramento, nel posizionamento delle singole sezioni l’una rispetto all’altra e quindi nella fase di ricostruzione tridimensionale della camera anteriore, può introdurre artefatti ed errori non trascurabili.

Per risolvere questo problema, sono state proposte ed implementate, in strumenti attualmente sul mercato, diverse metodologie di correzione "a posteriori". Un esempio di tale filosofia di approccio al problema à ̈ fornito dallo strumento descritto nel brevetto europeo EP1430829. Forma infatti oggetto di tale brevetto una specifica soluzione funzionale che prevede di registrare contemporaneamente immagini sezionali e immagini frontali, queste ultime riportanti una immagine della porzione sezionale illuminata della cornea, per permettere l’assegnazione di una sezione catturata al tempo T alla zona effettivamente illuminata ricavata dall’immagine frontale.

Tale soluzione tecnologica presenta i seguenti svantaggi:

• il doppio salvataggio dell’immagine (frontale e laterale) comporta un appesantimento funzionale dell’esame ed un incremento del costo computazionale;

• la compensazione a posteriori offre comunque una soluzione non completamente soddisfacente, dato che à ̈ necessaria una interpolazione matematica dei dati nel riassegnarli alla loro posizione, e che una interpolazione à ̈ evidentemente meno affidabile di una misura diretta dei dati.

Sono note anche soluzioni di correzione attiva. Per esempio, il brevetto statunitense US7712899 descrive una soluzione con due canali ortogonali di ripresa simultanea di due sezioni dell’occhio ed un terzo canale di osservazione video, capace di rilevare l’eventuale disallineamento dell’occhio e la conseguente correzione mediante lo spostamento di una parte rilevante dei due sistemi di ripresa delle sezioni.

Un sistema del genere si presenta tuttavia a sua volta strutturalmente ed operativamente complesso, e dunque la sua pratica attuazione va incontro a problemi costruttivi, difficoltà di gestione e inaccuratezze dei risultati.

Scopo della presente invenzione à ̈ quello di fornire un metodo e uno strumento di misura che risolvano il problema del decentramento dell'occhio del paziente durante l'esame in modo più soddisfacente, in termini di semplificazione e riduzione dei costi dell'esame e di accuratezza del risultato, rispetto ai sistemi noti che seguono un approccio a posteriori, quale quello sopra riportato a titolo di esempio od altri che, sempre nell'ambito di tale generico approccio, adottano soluzioni alternative.

Uno scopo particolare della presente invenzione à ̈ quello di fornire un metodo ed uno strumento del tipo summenzionato i quali adottino un sistema di correzione attiva o preventiva che sia affidabile, costruttivamente e funzionalmente semplice.

Secondo la presente invenzione, questi ed altri scopi vengono raggiunti da uno strumento e da un metodo aventi le caratteristiche essenziali di cui alla prima ed alla nona delle rivendicazioni annessi.

Un primo sistema di illuminazione crea una lama piana di luce, che attraversa una sezione della camera anteriore dell’occhio in esame. Questa luce viene diffusa dalle strutture oculari sulle quali incide e può essere osservata da un sistema di acquisizione o cattura disposto ad un certo angolo rispetto al piano della lama di luce di illuminazione. Il sistema di cattura forma un’immagine a fuoco sul sensore che registra la sezione della camera anteriore intersecata dalla lama di luce.

Al paziente à ̈ richiesto di fissare un punto di fissazione, costituito da un fascio collimato generato da un secondo sistema di illuminazione e proiezione. La sopra citata lama di luce di illuminazione del primo sistema di illuminazione risulta parallela al fascio di fissazione.

Gli spostamenti dell’occhio sono rilevati mediante lettura dell’immagine del fascio collimato di fissazione riflessa dalla cornea, da parte di un elemento rilevatore elettroottico.

Un elemento ottico mobile, inserito nel percorso comune della lama di luce del primo sistema di illuminazione, del fascio collimato del secondo sistema di illuminazione e dell'immagine riflessa della cornea consente la traslazione controllata della lama stessa, e degli altri fasci, in direzione ortogonale al proprio piano di giacitura.

Gli eventuali movimenti dell’occhio del paziente, rispetto allo strumento, provocano il suo spostamento dalla posizione ideale, posizione in cui la lama di luce passa attraverso il vertice corneale. Il sistema di misura determina quantitativamente l’entità di tale spostamento. In risposta a questa misura viene spostato l’elemento ottico mobile, attraversato dai fasci, della quantità opportuna atta a traslare la lama di luce nella posizione passante per il vertice corneale. In queste condizioni, anche l'immagine riflessa della cornea si riallinea sul vertice corneale.

Secondo l'invenzione si prevede dunque di correggere attivamente il decentramento dell'occhio del paziente riportando sul vertice corneale la lama di luce nel caso in cui, al momento dell’acquisizione di un frame, la posizione del paziente non sia corretta.

Le caratteristiche e i vantaggi dello strumento e metodo oftalmico secondo la presente invenzione risulteranno più chiaramente dalla descrizione che segue di una sua forma realizzativa, fatta a titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento ai disegni annessi in cui:

- le figure 1a e 1b rappresentano un esempio di schema realizzativo dell’apparato di analisi del segmento anteriore dell’occhio con, nella figura 1a, messo in evidenza il cammino ottico dell’illuminazione dalla sorgente all’occhio e, nella figura 1b, messo in evidenza il cammino ottico del punto di fissazione dalla sorgente all’occhio e del cammino inverso dell'immagine riflessa dalla cornea; e

- le figure 2a, 3a, 2b, 3b, 2c e 3c rappresentano coppie di viste dell’occhio in esame, rispettivamente di fronte e in sezione, in tre diverse situazioni di (de)centramento dell’occhio e di traslazione della lama di luce per l’illuminazione dell’occhio stesso.

Con riferimento per il momento alle figure 1a e 1b, in una forma realizzativa dello strumento secondo la presente invenzione à ̈ previsto un illuminatore 11 che illumina frontalmente, nell'ambito di un primo sistema di illuminazione complessivamente indicato con 1 e definibile come centrale, un occhio E di un paziente, ed in particolare la relativa camera anteriore in modo da metterne in evidenza una sezione.

Il sistema ottico centrale comprende un gruppo ottico 12 tale da rendere l'emissione luminosa dell'illuminatore 11, alla corretta distanza di acquisizione determinabile secondo principi noti, una lama di luce L (figura 1a).

Un sistema di acquisizione 2 à ̈ disposto esternamente al fascio di proiezione centrale in modo tale da mettere a fuoco su un proprio dispositivo di cattura di immagini 21, tipicamente un sensore CCD, la sezione illuminata dal sistema ottico centrale 1, e in particolare dall'illuminatore 11. Il sensore 21 osserva la sezione della cornea da una posizione esterna alla lama di luce generata dall'illuminatore 11 e può vantaggiosamente essere disposto in configurazione Scheimpflug.

Una sorgente di luce 311 à ̈ prevista per generare un punto luminoso di fissazione e proiettarlo verso l’occhio E attraverso un secondo sistema di illuminazione per realizzare un fascio di luce collimato F, in modo tale da essere percepito all’infinito dal paziente. Tale sistema, complessivamente indicato con 3, prevede un diaframma 312, un gruppo di lenti 313, il tutto raggruppato con la sorgente 311 in un dispositivo di fissazione 31, in sé e per sé tradizionale, collocato in modo da realizzare una proiezione parallela alla proiezione del primo sistema 1.

Il secondo sistema di illuminazione 3 comprende inoltre una coppia di deviatori di fascio o beam splitter 32, 33, il primo dei quali, indicato con 32 devia la proiezione del dispositivo di fissazione su un asse ottico del secondo sistema di illuminazione, laterale o, come nell'esempio, ortogonale al primo asse ottico. Il secondo deviatore di fascio 33 à ̈ disposto sull'asse ottico del primo sistema, così da deviare la proiezione del dispositivo di fissazione 31 lungo tale primo asse ottico, a valle dell'elemento ottico 12 precedentemente menzionato, e coopera con altri elementi ottici 34, disposti ulteriormente a valle, cioà ̈ verso l'occhio E, atti a realizzare la desiderata collimazione (figura 1b).

Per costruzione la lama di luce generata dall'illuminatore 11 del primo sistema centrale giace su un piano parallelo alla direzione del fascio collimato di fissazione generato dal dispositivo di fissazione 31. Di conseguenza, quando l’occhio E à ̈ posizionato correttamente per l’acquisizione sul piano x, y (cioà ̈ il piano tangenziale all'occhio nel punto di incidenza dell'asse ottico centrale, si veda la terna cartesiana di riferimento indicata in figura 1a), il punto immagine di tale fascio di fissazione, riflesso dalla cornea, giace sul piano della lama di luce.

Un rilevatore 4, tipicamente sotto forma di una matrice di sensori elettro-ottici 4, à ̈ asssociato al secondo sistema di illuminazione, lungo il relativo asse ottico laterale, in modo da essere atto a rilevare la posizione di un'immagine, riflessa dalla cornea, del fascio collimato di fissazione, generato come visto dal dispositivo di fissazione 31, e quindi a sua volta deviato dalle componenti descritte. Il fascio riflesso à ̈ rappresentato a tratto meno marcato, rispetto a quello del fascio collimato, in figura 1b.

Un'unità di elaborazione e controllo 5 comprende mezzi elaboratori atti a ricevere ed elaborare il segnale digitale rilevato dal rilevatore 4, cioà ̈ un segnale indicativo della posizione dell'immagine riflessa del fascio collimato sulla cornea dell’occhio E. Non sfuggirà all'esperto del ramo che tale risultato potrà essere ottenuto sia da una elaborazione su base digitale sia da mezzi di controllo analogici. L'unità di elaborazione 5 à ̈ poi atta ad emettere un segnale di controllo di un attuatore 6, il cui azionamento pilota un elemento ottico mobile 7 disposto in modo da intercettare la lama di luce, il fascio di fissazione collimato e la corrispondente immagine collimata della cornea, così da poter traslare la lama di luce al fine di mantenerla centrata nella posizione del vertice corneale per compensare attivamente gli spostamenti, volontari o involontari, dell'occhio da parte del paziente.

In una possibile forma di realizzazione tale elemento ottico mobile 7, interposto appunto tra il primo ed il secondo sistema di illuminazione 1, 3 e l’occhio E, può essere costituito da una semplice lamina trasparente piana parallela rotante (come indicato dalle frecce) attorno ad un asse parallelo al piano xy ed al piano di giacitura della lama di luce L, e dunque in pratica, in accordo con l'asse indicato con y in figura 1a. La lamina in questione, nel caso in cui le sue facce siano ortogonali alla lama di luce (posizione nominale), non altera il cammino ottico della stessa. Al contrario, inclinando la lamina 7 rispetto alla posizione nominale, la lama di luce che illumina l’occhio viene traslata di una certa entità dipendente dall’angolo di inclinazione (si vedano ancora le frecce di figura 1a). Si noti altresì che tale inclinazione della lamina 7 non modifica la direzione del fascio collimato di fissazione proiettato dal dispositivo di fissazione 31, che à ̈ quindi percepito dal paziente sempre nella stessa direzione. Dal punto di vista del rilevatore 4, invece, lo spostamento della lama di luce provocato dall’inclinazione della lamina 7 à ̈ percepito (riflessione F' in figura 1b) come il movimento opposto dell’immagine del riflesso del fascio collimato di fissazione. Quando tale riflesso giace sul piano della lama di luce, la sua immagine sul rilevatore 4 occupa una posizione univocamente determinata che rappresenta la posizione di corretto allineamento.

L'unità di elaborazione e controllo 5, sulla base dell’errore rilevato dal rilevatore 4, va dunque a pilotare l'inclinazione della lamina 7 in modo che tale errore si annulli, realizzando così il centramento descritto sopra. In pratica, l'errore risulta annullato quando, grazie all'effetto prismatico della lamina 7, il riflesso del punto di fissazione F' à ̈ tornato al centro del rilevatore 4 e solidalmente la lama di luce L à ̈ tornata a tagliare la cornea in corrispondenza del suo vertice. Tale procedura di controllo sarà evidentemente gestibile con una routine di calcolo di elementare implementazione sull'unità 5.

Per meglio ed ulteriormente comprendere come opera lo strumento secondo la presente invenzione, si faccia adesso riferimento alle situazioni riportate nelle figura 2 e 3 (a, b, c).

Nelle figure 2a e 3a à ̈ stata riportata la situazione ideale in cui l’occhio à ̈ centrato, il riflesso del punto di fissazione risulta allineato al vertice corneale, il piano della lama di luce risulta passante per il vertice corneale. In questo caso l'unità di elaborazione e controllo 5 può mantenere la lamina 7 nella condizione nominale.

Nelle figure 2b e 3b à ̈ stata riportata una situazione non ideale in cui l’occhio non à ̈ ben centrato, il riflesso del punto di fissazione risulta spostato dal vertice corneale di una certa quantità, il piano della lama di luce non risulta passante per il vertice corneale se la lamina 7 à ̈ mantenuta nella posizione nominale. Tale situazione viene rilevata grazie al rilevatore 4 e acquisita dall'unità 5. In risposta, per traslare la lama di luce, in modo che essa si riporti a contenere il vertice corneale, à ̈ necessario che l'unità 5 inclini la lamina 7 di un certo angolo. Nelle figure 2c e 3c à ̈ stata riportata la situazione in cui ciò avviene. A questo punto, la sezione oculare illuminata à ̈ quella desiderata ovvero quella passante per il vertice corneale, anche se l’occhio à ̈ decentrato (decentramento che emerge dallo spiazzamento rispetto all'origine del sistema cartesiano rappresentato e assunto come riferimento).

Le differenze e i vantaggi rispetto a gran parte degli analoghi strumenti noti, quale ad esempio lo strumento descritto nel brevetto europeo citato nella parte introduttiva, sono del tutto evidenti solo considerando che la presente invenzione non realizza un metodo di correzione a-posteriori o passivo, ma piuttosto una procedura di correzione attiva.

Anche rispetto al sistema di correzione attiva già proposto ed anch'esso citato nella parte introduttiva siamo di fronte ad un notevole ed altrettanto evidente conseguimento vantaggioso, se solo si considera il fatto che l’azione correttiva del decentramento consiste nello spostamento unicamente dell'illuminazione che genera la sezione oggetto della ripresa, e dunque con una drastica semplificazione costruttiva ed operativa che si riflette in minori costi e maggiore affidabilità.

La presente invenzione à ̈ stata fin qui descritta con riferimento a sue possibili forme di realizzazione esemplificative. È da intendersi che possono esistere altre forme di realizzazione che, nell'ambito di configurazioni ottiche complessive differenti da quella qui mostrata e integrate da componenti/funzionalità aggiuntive, afferiscono al medesimo nucleo inventivo, tutte rientranti nell’ambito di protezione delle rivendicazioni qui di seguito riportate.

Claims (14)

1. RIVENDICAZIONI 1. Uno strumento oftalmico per l'acquisizione di immagini e/o la misurazione di caratteristiche di un occhio (E) di un paziente, in particolare della relativa camera anteriore, comprendente: • un primo sistema di illuminazione (1) atto ad illuminare una sezione della camera anteriore in esame con un fascio di illuminazione (L) lungo un proprio asse ottico; • un sistema di acquisizione (2) atto ad osservare un’ immagine della sezione della camera anteriore illuminata da detto primo sistema di illuminazione (1) in un corretto posizionamento di acquisizione; • un secondo sistema di illuminazione (3) atto a generare un fascio di fissazione (F) che determina un punto di fissazione per l'occhio del paziente come riferimento per detto corretto posizionamento di acquisizione; caratterizzato dal fatto di comprendere inoltre mezzi di rilevazione e controllo (4, 5, 6, 7) comprendenti un elemento ottico mobile (7) atto ad intercettare almeno detto fascio di illuminazione (L) e a traslare il fascio per effetto del proprio movimento, detti mezzi di rilevazione e controllo comprendendo inoltre mezzi sensori (4) atti a rilevare un decentramento dell'occhio rispetto a detto posizionamento corretto, e un'unità di controllo (5) atta a comandare in risposta alla rilevazione di detti mezzi sensori (4) l'azionamento di detto elemento ottico mobile (7) per traslare detto fascio (L) verso detto corretto posizionamento di acquisizione.
2. 2. Lo strumento secondo la rivendicazione 1, in cui detti mezzi sensori (4) di detti mezzi di rilevazione e controllo sono atti a rilevare almeno una riflessione (F') di detto fascio di fissazione (F) da parte di detta camera anteriore dell'occhio, detta unità di controllo (5) essendo atta a comandare l'azionamento di detto elemento ottico mobile (7) in base ad uno scostamento di detta riflessione (F') rilevato da detti mezzi sensori (4).
3. 3. Lo strumento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto elemento ottico mobile (7) à ̈ una lamina trasparente (7) sostanzialmente piana, supportata girevolmente ed azionata da mezzi attuatori (6) controllati da detta unità di controllo (5).
4. 4. Lo strumento secondo la rivendicazione 3, in cui detta lamina (7) Ã ̈ girevole attorno ad un asse di rotazione parallelo al piano tangenziale all'occhio nel punto di incidenza dell'asse ottico di detto primo sistema di illuminazione (1).
5. 5. Lo strumento secondo la rivendicazione 4, in cui detto primo sistema di illuminazione (1) Ã ̈ atto a generare un fascio di illuminazione laminare (L), detto asse di rotazione di detta lamina (7) essendo parallelo al piano di giacitura di detto fascio laminare (L).
6. 6. Lo strumento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto secondo sistema di illuminazione (3) Ã ̈ atto a generare un fascio di luce collimato (F) lungo detto asse ottico di detto primo sistema di illuminazione (1), e comprende mezzi di deviazione ottica (32, 33) operanti tra detto asse ottico di detto primo sistema (1) ed un asse ottico laterale intercettato da detti mezzi sensori (4).
7. 7. Lo strumento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto sistema di acquisizione (2) Ã ̈ disposto in configurazione Scheimpflug rispetto a detto primo sistema di illuminazione (1).
8. 8. Un metodo oftalmico per l'acquisizione di immagini e/o la misurazione di caratteristiche di un occhio (E) di un paziente, in particolare della relativa camera anteriore, comprendente: • illuminare una sezione della camera anteriore in esame con un fascio di illuminazione (L) di un primo sistema di illuminazione (1) lungo un proprio asse ottico; • osservare con un sistema di acquisizione (2) un’ immagine della sezione della camera anteriore illuminata da fascio di illuminazione (L) in un corretto posizionamento di acquisizione; • generare con un secondo sistema di illuminazione (3) un fascio di fissazione (F) che determina un punto di fissazione per l'occhio del paziente come riferimento per detto corretto posizionamento di acquisizione; caratterizzato dal fatto di intercettare con un elemento ottico mobile (7) almeno detto fascio di illuminazione (L), rilevare un decentramento dell'occhio (E) rispetto a detto posizionamento corretto, e comandare in risposta alla rilevazione l'azionamento di detto elemento ottico mobile (7) per traslare detto fascio (L) verso detto corretto posizionamento di acquisizione.
9. 9. Il metodo secondo la rivendicazione 8, in cui viene rilevata almeno una riflessione (F') di detto fascio di fissazione (F) da parte di detta camera anteriore dell'occhio, l'azionamento di detto elemento ottico mobile (7) venendo comandato in base alla rilevazione di uno scostamento di detta riflessione (F').
10. 10. Il metodo secondo la rivendicazione 8 o 9, in cui detto elemento ottico mobile (7) Ã ̈ una lamina trasparente (7) sostanzialmente piana supportata girevolmente.
11. 11. Il metodo secondo la rivendicazione 10, in cui detta lamina (7) viene ruotata attorno ad un asse di rotazione parallelo al piano tangenziale all'occhio nel punto di incidenza dell'asse ottico di detto primo sistema di illuminazione (1).
12. 12. Il metodo secondo la rivendicazione 11, in cui detto primo sistema di illuminazione (1) genera un fascio di illuminazione laminare (L), l'asse di rotazione di detta lamina (7) essendo parallelo al piano di giacitura di detto fascio laminare (L).
13. 13. Il metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 8 a 12, in cui detto secondo sistema di illuminazione (3) genera un fascio di luce (F) collimato lungo detto asse ottico di detto primo sistema di illuminazione (1), una deviazione ottica essendo operata tra detto asse ottico di detto primo sistema ed un asse ottico laterale lungo cui avviene detta rilevazione.
14. 14. Il metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 8 a 13, in cui detto sistema di acquisizione (2) Ã ̈ disposto in configurazione Scheimpflug rispetto a detto primo sistema di illuminazione.