SISTEMA DE COLOCACIÓN DE DISPOSITIVO OFTÁLMICO Y MÉTODOS
ASOCIADOS
CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN La presente invención se relaciona con sistemas y métodos para realizar mediciones frontales de onda córneas y cirugía córnea ayudada por láser y, más particularmente, con dichos sistemas y métodos para optimizar un enfoque del ojo que se somete a dicha cirugía. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Se sabe en el ramo realizar ablación de córnea por medio de cirugía con láser refractivo guiado por frente de onda. Típicamente un sensor de frente de onda medie un mapa de aberración y su posición con relación a marcas anatómicas, que pueden ser intrínsecas o particularidades externamente aplicadas. Los datos de aberración, en ocasiones junto con información de registro geométrico, se pueden transferir directamente a un láser excimador de tratamiento, que se usa típicamente para realizar la ablación. En dispositivo oftálmicos, la colocación de un dispositivo de medición o ablación a una distancia conocida desde, y correctamente alineada con, un ojo, de modo que el dispositivo pueda ser terapéuticamente efectivo, es de gran importancia. En algunos sistemas el ojo debe centrarse en un
enfoque claro para interacción de la imagen con un operador. También puede ser importante gue un haz de láser venga a enfocar en un plano predeterminado con respecto al ojo, por ejemplo, en un sistema de láser excimador, o tener el ojo colocado para una medición subsecuente efectiva del ojo, por ejemplo, una medición de frente de onda. Entre las técnicas conocidas para ayudar a colocar un dispositivo oftálmico son la interrupción de una pluralidad de haces de luz, tal como haces de luz infrarroja, mediante el ápice de córnea, y la proyección hacia la córnea de una pluralidad de haces de luz, que subsecuentemente se pueden analizar ya sea automáticamente o por un operario para determinarla precisión de colocación de ojo. Si se considera que el ojo no está en una posición terapéuticamente efectiva, entonces el dispositivo y/o cabeza/ojo se pueden mover de manera de recolocar el ojo óptimamente o dentro de tolerancias aceptables definidas. Los acercamientos actuales conocidos para resolver el problema de colocación están típicamente sujetos a error y requieren intervención de un operario y/o hardware adicional. Por lo tanto, sería ventajoso proporcionar un sistema y método para mejorar la precisión y automatización en alineamiento de ojo, sin necesidad de la entrada de un
operario humano o hardware adicional. BREVE RESUMEN DE LA INVENCIÓN La presente invención está dirigida a un sistema y método para determinar una posición óptima de un ojo con relación a un dispositivo oftálmico. Una posición óptima puede ser cualquier posición que coloque el ojo de modo que el dispositivo oftálmico pueda ser terapéuticamente efectivo en su diseño para el propósito. La colocación óptima puede incluir colocar el ojo de modo que el dispositivo oftálmico pueda funcionar a los límites de sus tolerancias de diseño, así como cualquier otro lado en los dispositivos oftálmicos diseñados para escala terapéuticamente efectiva. Por ejemplo, una posición óptima puede ser una posición en la que una imagen de una particularidad seleccionada del ojo esté en un mejor enfogue alcanzable con el dispositivo oftálmico dentro de cualesquiera restricciones de colocación increméntales. Una modalidad del método de la presente invención comprende el paso de recibir datos que comprenden una imagen de una superficie de un ojo con el ojo en una primera posición con relación a un dispositivo oftálmico. Una particularidad de borde en la imagen se localiza, y se realiza un cálculo de agudeza en la particularidad de borde usando un algoritmo predeterminado para proporcionar un valor de agudeza. La
superficie del ojo luego se ajusta a una segunda posición con relación al dispositivo oftálmico, y los pasos anteriores se repiten hasta que el valor de agudeza se maximiza basado en el algoritmo predeterminado, guees una indicación ded gue se ha alcanzado una posición óptima del ojo. En el caso de un parámetro de enfoque, por ejemplo, un ajuste de colocación se puede hacer incrementalmente en una primera dirección hasta que un valor de agudeza pasa a través de un valor máximo y luego empieza a disminuir, indicando gue la posición de enfoque óptima se ha pasado. Un ajuste de colocación en una segunda dirección opuesta a la primera puede entonces hacerse para regresar a la posición en la gue el valor de agudeza se determinó haber alcanzado el valor máximo. Una modalidad del sistema para determinar una posición óptima de un ojo con relación a un dispositivo oftálmico de conformidad con la presente invención puede comprender un procesador y un pagúete de software ejecutable por el procesador. El paquete de software está adaptado para realizar los cálculos como arriba. También se proporcionan medios para ajustar la superficie del ojo a una segunda posición con relación al dispositivo oftálmico. El pagúete de software luego recibe el dato de nueva imagen en el ojo en la segunda posición, y los pasos de cálculo se repiten hasta que
se maximiza el valor de agudeza de conformidad con un algoritmo predeterminado. Llevando al máximo el valor de agudeza es una indicación de que se ha alcanzado una posición de ojo óptima. Las modalidades del sistema y método de la presente invención tienen una ventaja de que no se requiere hardware adicional si el dispositivo oftálmico ya comprende medios para formar imagen de la superficie del ojo y para capturar esa imagen. Un elemento adicional puede comprender un paquete de software para computar el centrado óptimo y la posición focal, y para ya sea indicar un movimiento requerido de dispositivo oftálmico, y para impulsar la posición de dispositivo oftálmico dependiendo de la presencia de una capacidad de colocación automática. En casos en los que se desea que ya sea el software o un operario interactúe con la imagen, es preferible que particularidades en la imagen sea tan aguda como sea posible, dentro de los límites del dispositivo oftálmico. Las modalidades de la presente invención pueden optimizar el enfoque llevando al máximo la claridad de las particularidades de la imagen. Las particularidades que caracterizan la invención, tanto en organización como método de operación, junto con
objetos y ventajas adicionales de las mismas, se entenderán mejor de la siguiente descripción usada en conjunción con el dibujo que se acompaña. Se debe entender expresamente que el dibujo es para el propósito de ilustración y descripción y no se pretende como una definición de los límites de la invención. Estos y otros objetos logrados, y ventajas ofrecidas, por la presente invención se harán más completamente evidentes a medida que la descripción que ahora sigue se lea en conjunción con el dibujo que se acompaña. BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS DIVERSAS VISTAS DE LOS DIBUJOS Un entendimiento más completo de la presente invención y las ventajas de la misma se pueden adquirir haciendo referencia a la siguiente descripción, tomada en conjunción con los dibujos que se acompañan en los que los mismos números de referencia indican particularidades semejantes y en donde: La Figura 1 es una esquemática de una modalidad del sistema de colocación de ojo de la presente invención; Las Figuras 2A y 2B proporcionan una gráfica de flujo de una modalidad de ejemplo del método de la presente invención, párale caso de un algoritmo de agudeza de transformación de Fourier rápido; La Figura 3 es una imagen en foco de un ojo;
Las Figuras 4A - [4JU son imágenes de ojo que varían de la más aguda a la más borrosa (Figuras 4A-4E) , junto con los trazos de transformación de Fourir rápidos correspondientes (Figuras 4F-FJ) ; La Figura 5 es un trazo de la variación en el contenido espectral de frecuencia media y superior contra el nivel de borrosidad de imagen; y Las Figuras 6A - 6C son imágenes de ojo, incluy7endo pestañas y párpados, que muestran la diferencia entre borrosidad mínima (Figura 6A) y la borrosidad máxima (Figura 6C) usadas en la Figura 5. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Una descripción de las modalidades preferidas de la presente invención se presentará ahora con referencia a las Figuras 1-6C. Un sistema 10 de colocación de ojo de modalidad de ejemplo se ilustra esquemáticamente en la Figura 1, y un método 100 de ejemplo, en las Figuras 2A y 2B. Una modalidad 100 del método para determinar una posición óptima (terapéuticamente efectiva) de un ojo con relación a un dispositivo 11 oftálmico comprende el paso de recibir datos en un procesador 12 (blogue 102) . Los datos comprenden una imagen de una superficie de un ojo 13g que se ha recogido, por ejemplo, con una cámara de video, cámara
digital, cámara inmóvil o un acaparador 14 de cuadro, en comunicación con el procesador 12. La imagen se recoge con el ojo en una primera posición con relación al dispositivo 11 oftálmico (bloque 101) . El dispositivo 11 oftálmico puede ser, por ejemplo, y sin limitación, una microceratoma láser de femptosegundo, un láser de tratamiento, tal como un láser excimador, un aberrómetro, o cualguier otro dispositivo oftálmico como será sabido por aquellos familiarizados con el ramo para el que la colocación precisa de un ojo se puede requerir. Un paquete 15 de software, que puede ser residente en una memoria 17 (aquí mostrada como parte del procesador 12) , incluye un segmento de código para colocar una particularidad de borde en la imagen (blogue 103) . La memoria 17 puede ser una memoria separada acoplada operablemente al procesador 12, o puede ser una parte integral del procesador 12. La particularidad de borde puede incluir, pero no se pretende que esté limitada a, un vaso sanguíneo escleral o una particularidad del iris. Se supone que una imagen bien enfocada del ojo tiene bordes relativamente agudos, y de esta manera que la particularidad de ojo seleccionada se define más claramente cuando la imagen está en foco. Cuando la imagen está algo fuera de foco, la imagen se suaviza, y los
bordes de estas particularidades son menos claras. Además, cuando la imagen tiene bordes claramente definidos, entonces la cantidad de información de alta frecuencia en la imagen es superior. El procesador 12 (circuito de control) puede ser un solo dispositivo de procesamiento o una pluralidad de dispositivos de procesamiento. Este dispositivo de procesamiento puede ser un microprocesador, microcontrolador, procesador de señal digital, microcomputadora, unidad de procesamiento central, disposición de puerta programable de campo, dispositivo lógico programable, máquina de estado, circuito lógico, circuito análogo, circuito digital, y/o cualguier dispositivo gue manipule señales (análogas y/o digitales) basado en instrucciones operacionales. La memoria 17 acoplada al procesador 12 o circuito de control puede ser un solo dispositivo de memoria o una pluralidad de dispositivos de memoria. Dicho dispositivo de memoria puede ser una memoria de lectura solamente, memoria de acceso al azar, memoria volátil, memoria no volátil, memoria estática, memoria dinámica, memoria instantánea, memoria escondida y/o cualquier dispositivo que almacene información digital. Nótese que cuando el microprocesador o circuito de control implementa una o más de sus funciones a través de una máquina
de estado, circuito análogo, circuito digital, y/o circuito lógico, la memoria que almacena las instrucciones operacionales correspondientes puede estar incrustada dentro, o ser externa al circuito que comprende la máquina de estado, circuito análogo, circuito digital y/o circuito lógico. La memoria almacena, y el microprocesador o circuito de control ejecuta, instrucciones operacionales (v.gr., el pagúete 15 de software) correspondientes a cuando menos algunos de los pasos y/o funciones ilustradas y descritas en asociación con las Figuras 2A y 2B. El paquete 15 de software también puede comprender un segmento de código operable para ocasionar gue el procesador 12 realice un cálculo de agudeza en la particularidad de borde usando un algoritmo de función de agudeza predeterminado para proporcionar un valor de agudeza. El algoritmo de función de agudeza se selecciona en el bloque 104. El algoritmo puede incluir, pero no se pretende gue esté limitado a, un cálculo de variación denivel gris de imagen y amplitud, una computación de una diferencia de intensidad entre regiones adyacentes de la imagen, un acercamiento basado en histograma, una máscara de detección de borde tal como una función de transformación Laplacian y una Fourier. El algoritmo de función de agudeza se puede seleccionar, por
ejemplo, basado en atributos de imagen, frecuencia con la que se va a aplicar el algoritmo, y/o requerimientos de precisión. Como un ejemplo de los criterios usados para seleccionar un algoritmo, los acercamientos basados en transformación de Fourier proporcionan una cantidad grande de datos detallados, y funciones muy sofisticadas se pueden desarrollar y sintonizaren fino para dirigir de manera óptima un problema definido. Sin embargo, las transformaciones de Fourier de imágenes grandes reguieren un número significativo de computaciones, y la cantidad relativamente grande de tiempo tomada para realizar el procesamiento puede ser problemática en ciertas aplicaciones. Inversamente, las funciones de diferencia de intensidad de píxel tales como:
tienen problemas computacionales relativamente mínimos, pero carecen de la flexibilidad del acercamiento basado en Fourier. Por lo tanto, diferentes funciones se pueden preferir dependiendo de los detalles de implementación específicos y reguerimientos. Estas funciones diferentes se conocerán por aquellos que tienen experiencia en el ramo y se
contempla que están dentro del alcance de la presente invención. Aún cuando se se pretende como una limitación, un acercamiento basado en Fourier se discutirá ahora. Computando una transformación de Fourier, típicamente una transformación rápida de Fourier, del área o áreas de interés en la imagen, la cantidad de información presente en las frecuencias espaciales superiores se pueden determinar. Ajusfando la distancia de dispositivo a ojo de modo gue el contenido de frecuencia espacial elevada se maximice, el enfoque de imagen se puede optimizar, y de esta manera la distancia de ojo a dispositivo también se puede optimizar (v.gr., el dispositivo oftálmico será terapéuticamente efectivo hasta los límites del dispositivo) . La Figura 3 ilustra una imagen típica de un ojo capturado en un sensor de frente de onda. Este ojo está bien enfocado, y las particularidades esclerales e iris son claramente visibles. Una región de interés se selecciona de la imagen, y de imágenes del mismo ojo en diversos grados de fuera de foco (blogue 105) . De preferencia se selecciona un área que no contiene párpados ni pestañas. Se pueden utilizar múltiples regiones si se desea, tal como diferentes regiones en la esclera (por ejemplo, a la izquierda, derecha, arriba y
debajo de la esclera), regiones del iris, o combinaciones de estos. El pagúete 15 de software también puede comprender un algoritmo para seleccionar área(s) de interés que pueden eliminar automáticamente artefactos en la imagen, tal como imágenes de la fuente de luz. Una transformación de Fourir rápida (FFT) bidimensional se realiza en cada una de las imágenes (blogue 107), La particularidad dominante en las FFTs es el valor de centro muerto ("DC") y aguellos valores cercanos a DC. Estos no son de interés en el presente caso, pero se pueden usar para normalizar datos. Las Figuras 4A - 4E son trazos de pseudo-color de cada una de las imágenes, desde la más aguda
(Figura 4A) a la más borros (Figura 4E) y los FFTs correspondientes se proporcionan en las Figuras 4F - 4J. En este cálculo de ejemplo, los tamaños de FFT usados son 256 x 512, aún cuando esto no se pretende como una limitación. En estos trazos, los datos cercanos a DC se eliminan a fin de hacer el contenido de frecuencia media y elevada más fácil de ver (bloque 108) . En estos trazos, los componentes de frecuencia más elevada están en el centro, y así los datos de interés están lejos de las esquinas. Se puede ver que, a medida que la imagen se hace más borrosa, los trazos son más planos en alejamiento de las esquinas; es decir, hay menos
información en las frecuencias media y superior. Como una modalidad alterna, la función de ventaneo armónico, tal como una ventana de Hamming, se puede aplicar a las regiones de interés antes de la FFT (bloque 106) . Además de una reducción benéfica de artefactos armónicos que se logra de dicha operación, una sensibilidad de la invención al ligero descentrado o desplazamiento de las regiones gue podría resultar de movimiento de ojo no compensado se puede reducir. Este beneficio se logra puesto que los datos cerca de la periferia de las regiones se atenúan de manera máxima por la función de ventaneo. En una modalidad de ejemplo, se pueden computar métricas (blogue 109) gue comprende la integral sobre la FFT desde una frecuencia inferior fuera de la frecuencia máxima en los datos. Los valores de frecuencia inferior se var'^ian de manera de aumentar o disminuir la cantidad de datos usados al computar la integral. Estas métricas se normalizan de manera de tener un valor pico de 1.0, como se muestra en el trazo de la Figura 5. Se puede ver gue, cuando solamente los componentes de frecuencia más elevada se usan ("), la métrica es extremadamente sensible a cantidades aún menores de borrosidad. Estos datos son benéficos para determinar precisamente cuando el objeto está en el mejor foco. Sin
embargo, esta métrica no puede usarse para discriminar entre imágenes con niveles diferentes pero modestos de borrosidad, debido al que el valor se hace efectivamente constante (la línea en la Figura 5 es plana) después de aún una pegueña cantidad de borrosidad. Las integrales gue incluye frecuencia algo inferiores muestran diferencias para cada imagen a niveles superiores de borrosidad, y así se pueden usar para discriminar entre las imágenes más borrosas, pero son algo menos para el caso de borrosidad mínima. Las métricas óptimas, por lo tanto, cuentan para este tipo de variación y pueden combinar información de diferentes frecuencias de modo que se pueden usar para discriminar entre ambos niveles gtrande y pegueño de borrosidad (blogue 110) . Se entenderá por uno de experiencia en el ramo que este ejemplo de integración recta es justamente uno de muchos acercamientos posibles . Las Figuras 6A - 6C ilustran algunas imágenes completas en escala gris para ilustrar como la pegueña diferencia ahí parece estar entre las imágenes inicial (Figura 6A) y borrosa de manera mínima (Figura 6B) . Esto muestra la sensibilidad extrema de la invención cuando se ve a solo la información de frecuencia superior. También mostrado en la Figura 6C está el caso borroso en forma
máxima de los ejemplos. El ejemplo presentado en la presente indica como los datos después de FFT tienen la información necesaria para facilitar la colocación de dispositivo a ojo óptima. En uso, las imágenes de superficie de ojo se pueden tomar una pluralidad de veces (v.gr., si la posición deseada no se logra) (bloque 111), con la superficie 13 de ojo siendo ajustada a una segunda posición relativa al dispositivo 11 oftálmico (bloque 112) , y los pasos anteriores se repiten hasta que se lleva al máximo el valor de agudeza, gue es una indicación de gue se ha alcanzado la posición de ojo óptima. Una vez gue se determina esta posición, el ojo 13 se coloca en la posición determinada (blogue 113) . La colocación del ojo se puede efectuar manual o automáticamente bajo el control del software 15 y procesador 12, por medio de lo cual seré familiar a aguellos expertos en el ramo y que se pretende que están dentro del alcance de la presente invención, tal como usando un dispositivo 16 de colocación. Por ejemplo, y sin limitación, el paciente se puede colocar manualmente, el dispositivo oftálmico se puede colocar manualmente, y/o el dispositivo oftálmico o mesa7silla
(v.gr., dispositivo 16 de colocación) en la gue el paciente está sustentado se pueden colocar automáticamente por
1
sistemas de control mecánicos y eléctricos, o cualquier combinación de estos métodos. Una vez que el ojo está en la posición deseada, se puede realizar un procedimiento deseado en el ojo 13 usando el dispositivo 11 oftálmico (bloque 114) . Durante el procedimiento, puede ser deseable determinar que una posición de ojo óptima se mantenga (bloque 115) usando el procedimiento arriba delineado, en cuyo caso un ajusta adicional de la posición del ojo se puede hacer si se necesita (bloque 116) . Se contempla que errores de colocación se pueden mostrar a un operario, por ejemplo, en unidades de longitud. La información también se puede usar para inhibir o detener un procedimiento hasta que se realñiza un paso de calibración. Además, la información se puede usar para variar la distancia de dispositivo a ojo en una cantidade conocida, pequeña alrededor de la posición óptima antes de comenzar el procedimiento, a fin de relacionar los datos espectrales (después de FFT) a errores de distancia. En la descripción anterior, ciertos términos se han utilizado por brevedad, claridad y entendimiento, pero no deben implicarse limitaciones innecesarias de los mismos más allá de los requerimientos del ramo anterior, debido a que dichas palabras se usan para propósitos de descripción en la
presente y se pretende que sean considerados ampliamente. Además, las modalidades del aparato ilustrado y descrito en la presente son por vía de ejemplo, y el alcance de la invención no está limitado a los detalles exactos de construcción.