MXPA02001125A - Seguidor ocular colineal. - Google Patents

Abstract

Dispositivos, sistemas y metodos mejorados para detectar y seguir la posicion del ojo utilizan el contraste entre la esclerotica y el iris para con el fin de obtener la posicion del ojo. En varias modalidades, los fotodetectores lineales se extienden en la pupila, optativamente tambien a traves del iris a la esclerotica. Un par de tales fotodetectores lineales (42a y 42b) pueden detectar y medir con exactitud un error en el posicionamiento unidimensional y proporciona una retroalimentacion al aparato de posicionamiento, lo que resulta en un sencillo sistema altamente lineal capaz de seguir con exactitud la posicion.

Description

SEGUIDOR OCULAR COLINEAL REFERENCIA CRUZADA CON SOLICITUDES RELACIONADAS Esta solicitud es una continuación parcial de la solicitud de patente estadounidense No. 09/249,912, presentada el 12 de febrero de 1999, y demanda los beneficios derivados de dicha patente . Ésta a su vez es una continuación de la solicitud de patente estadounidense No. 09/063,879, presentada el 21 de abril de 1998, ahora autorizada, cuya descripción se tiene por reproducida como si se insertase a la letra.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN 1. Campo de la invención La presente invención en lo general se relaciona con instrumentos y cirugía oftálmicos y, en lo particular, con sistemas, métodos y aparatos para detectar y/o seguir la posición del ojo humano. La presente invención resulta particularmente útil para seguir la posición del ojo durante cirugías con rayo láser como la queratectomía fotorrefractiva (PRK) , la queratectomía fototerapéutica (PTK) , la queratomileusis in si tu con láser (LASIK)o similares. En una modalidad típica, la presente invención se incorpora a un sistema de ablación por láser para modificar la distribución de la energía láser diri gida a la córnea mediante la posición detectada del ojo durante el procedimiento de ablación por láser.

La habilidad de detectar o seguir el movimiento del tejido de un paciente ee una característica que se considera muy conveniente, particu.larmente para su uso en los sistema de descarga de láser iseñados para efectuar cirugías de precisión en el delic ¿do tejido ocular. Los movimientos oculares que pueden detectarse no sólo incluyen los movimientos voluntario (que pueden disminuirse con tratamiento especializado) , sino también los movimientos involuntarios, más difíciles de controlar en un paciente vivo. En otras palabra , incluso cuando el paciente esté sosteniendo fija su mirada en un blanco visual, el movimiento ocular aún ocurre . E te movimiento involuntario puede comprometer la eficacia de algunos procedimientos quirúrgicos oculares, que generalmente requieren mucha precisión. Inclusive, tales movimientoes pueden ocurrir a pesar de una "inmovilización total" c.e 1. ojo, dado que tales técnicas no logran reprimir totalmenpe el movimiento ocular involuntario y también resultan bastante incómodas para el paciente. La detección y el seguimi .ento ocular del ojo puede disminuir la necesidad de esta incómoda inmovilización y representar un método para ajustarse más fácilmente a distintos tipos de movimiento ocular. En otras palabras, mejorar la cirugía mediante la detección y el seguimiento ocular en tiempo real puede mejorar la precisión y velocidad con que se realiza una cirugía ocular con láser y permitir que por primera vez se efectúen nuevos procedimientos.

Se han descrito diversas técnicas para seguir el movimiento ocular. Un tipo general de técnica de seguimiento ocular ha recibido el nombre de "seguimiento óptico puntual" . Los seguidores ópticos puntuales utilizan las diversas similitudes del ojo con las lentes para localizar sitios ópticamente diferenciables (por ejemplo, el primer, segundo, tercer y cuarto punto de Purkinje) . Desafortunadamente, dichos seguidores ópticos puntuales suponen implícitamente que el ojo se mueve como un cuerpo rígido. Dado que el ojo en realidad se flexiona durante el movimiento, los movimientos transitorios de estructura lenticular pueden conducir a información falsa acerca de la posición del punto óptico. Asimismo, los sistemas de seguimiento óptico puntual son bastante complejos y pueden manifestar mucha variación entre un individuo y otro .

Las otras clases de técnicas de seguimiento ocular generalmente implican el reconocimiento de patrones digitales. Estas técnicas digitales por lo general requieren cámaras CCD con una frecuencia de imagen muy elevada y algoritmos de procesamiento complejos. Dado que la respuesta de la frecuencia de seguimiento es mucho más lenta que en el caso de la frecuencia de actualización, tales técnicas tienden a ser relativamente lentas. Por ende, estos métodos digitales conocidos por lo general requieren mecanismos de posicionamiento extremadamente rápidos que den tiempo para el procesamiento electrónico complejo dentro de un tiempo de respuesta total aceptable.

Una técnica prometedora utilizada recientemente para seguir el movimiento ocular aprovecha la diferencia existente en las propiedades de difusión de la luz en el iris y la esclerótica. En esta técnica, se proyecta luz sobre el limbo esclerocorneal, y fotodetectores detectan la luz dispersada para determinar la ubicación del lugar de unión o borde entre el iris y la esclerótica. La posición relativa de este borde puede entonces monitorearse para seguir la posición del ojo.

Desafortunadamente, el limbo no es tanto un borde como una zona de transición entre la córnea y la esclerótica. Como í .¡. jl mí .i-ri m ******** ¡ .íí*-*. . - -*. , i resultado, las técnicas basadas en la detección de bordes pueden carecer de la precisión deseada y ser incapaces de seguir movimientos oculares de gran amplitud. Otra desventaja de las técnicas de seguimiento del limbo se relaciona con la complejidad relativa del procesamiento de la señal requerido para efectuar el seguimiento. En otras palabras, cuando el o o se mueve de manera que el limbo ya no se encuentra en una posición nominal, efectuar la realineación utilizando los sistemas de seguimiento conocidos requiere un manejo complejo de la señal del fotodetector para proporcionar las indicaciones adecuadas al sistema de reposicionamiento. Estos manejos complicados de la señal incrementan la complejidad general del sistema y también vuelven más lento su funcionamiento . El trabajo en relación con la presente invención indica que la respuesta lenta del sistema de seguimiento y una precisión inferior a la deseable pueden deberse en parte a no linealidades del sistema de seguimiento. Si bien es posible obtener una respuesta de seguimiento adecuada utilizando lo que se conoce como seguidores de limbo "de precisión" con fotodetectores alineados con exactitud y colocados precisamente a lo largo del borde del limbo esclerocorneal, proporcionar y/o mantener dicha alineación aumenta la complejidad y el número de componentes del sistema, particularmente debido a que la geometría del ojo varía entre un paciente y otro.

A raíz de lo anterior, sería recomendable proporcionar dispositivos, sistemas y métodos mejorados para detectar y/o seguir la posición del ojo. Sería más recomendable aún si estas técnicas mejoradas incrementaran los tiempos y sensibilidad de respuesta del seguimiento, pero sin que ello se tradujera en un gran aumento en el costo o la complejidad del mecanismo de seguimiento. Lo ideal sería que estas capacidades mejoradas se proporcionaran en un sistema que pudiera adaptarse para su uso en cirugía del ojo por láser con el fin de detectar y/o seguir los distintos movimientos oculares del paciente.

COMPENDIO DE LA INVENCIÓN La presente invención proporciona dispositivos, sistemas y métodos mejorados para seguir la posición del ojo. Las técnicas de la presente invención generalmente utilizan la diferencia de contraste existente entre los rasgos del ojo (como el contraste entre lo blanco del ojo o esclerótica, y el iris de color, o entre el iris y la pupila) con el fin de obtener la posición del ojo. En varias modalidades, los fotodetectores lineales que tienen un área sensible alargada se extienden de un rasgo a otro a lo largo del borde contrastante. Cuando el ojo se encuentra ubicado entre un par de tales fotodetectores lineales, el movimiento del ojo de un detector lineal hacia otro detector lineal cambiará la cantidad relativa de luz que golpea contra cada detector lineal. El grado de desalineación entre los detectores lineales y el ojo será proporcional a la diferencia en la señal emitida por los detectores. Por lo tanto, esta diferencia de señal entre un par de fotodetectores lineales contrapuestos proporciona una excelente señal de realimentación que sólo requiere una amplificación muy sencilla para utilizarse como señal de entrada para un mecanismo de reposicionamiento. Este procesamiento sencillo de la señal no sólo reduce la complejidad de los circuitos y el costo, sino mejora notablemente la velocidad y precisión del seguimiento.

Asimismo, resulta muy conveniente que los fotodetectores lineales puedan detectar y medir con precisión el error de posición unidimensional de un rasgo preeminentemente redondo como es el iris o la pupila.

Los sistemas de seguimiento de la presente invención suelen aprovechar este error de medición unidimensional al ^ALÍ.; medir la luz a lo largo de dos segmentos axiales que cruzan el borde contrastante y se cruzan transversalmente. Esta colocación puede proporcionar información relativa precisa a pesar de la falta de un borde contrastante nítido, como sucede al utilizar el borde contrastante gradual que suele encontrarse en el limbo.

En un primer aspecto, la invención proporciona un sistema de cirugía ocular por láser que efectúa una variación deseada en las características ópticas del ojo durante los movimientos oculares laterales con orientación en los ejes X y Y. El ojo tiene un primer rasgo y un segundo rasgo con un borde contrastante entre ambos. El sistema comprende un primer fotodetector lineal que tiene un área de detección alargada. El área de detección del primer fotodetector lineal se encuentra orientada de tal modo que recibe la luz del primer y segundo rasgo del ojo a lo largo de un primer eje que se extiende a lo largo del borde contrastante. Un segundo fotodetector lineal tiene un área de detección alargada que está orientada de tal modo que recibe luz de los primer y segundo rasgos del ojo a lo largo de un segundo eje que se extiende a lo largo del borde contrastante. El segundo eje está colocado en ángulo con respecto al primer eje. Unido a los primer y segundo fotodetectores lineales se encuentra un procesador que calcula el movimiento lateral del ojo en los ejes X y Y en respuesta a la luz recibida a lo largo de los primer y segundo ejes. Unido al procesador se encuentra un láser que dirige un haz de láser hacia el ojo con el fin de efectuar la variación deseada en las características ópticas del ojo. El haz se mueve lateralmente en respuesta a los movimientos laterales calculados del ojo.

El primer y segundo detectores lineales con frecuencia detectarán luz de las áreas alargadas del ojo que se encuentren orientadas muy perpendicularmente con respecto a cada uno, aunque también pueden utilizarse alineaciones en ángulo oblicuo. Opcionalmente, cada detector lineal puede producir una señal que indique la luz total recibida dentro del área de detección alargada. Alternativamente, cada detector lineal puede comprender un sistema colineal de sensores de luz, de manera que cada detector lineal produzca una señal que indique una alineación del borde contrastante a lo largo de los sensores de luz. Al medir la ubicación de un rasgo redondo como el iris o la pupila, dichos sensores pudieran indicar la posición axial del rasgo redondo al determinar la localización axial de, por ejemplo, una región de medición con poca luz a lo largo del sistema. Alternativamente, el sistema pudiera analizarse como dos aAja^ai En otro aspecto, la invención proporciona un método de cirugía ocular por láser que comprende iluminar un primer rasgo y un segundo rasgo del ojo. La luz se mide desde el ojo iluminado mediante una pluralidad de fotodetectores lineales mientras cada detector lineal se encuentra alineado para recibir luz desde el primer rasgo adyacente, desde el segundo rasgo y a través de un borde contrastante entre ambos. Cualquier movimiento lateral del ojo se determina a partir de la luz medida. Un haz de láser se dirige hacia el tejido corneal del ojo para efectuar la variación deseada en las características ópticas del ojo. El haz se mueve lateralmente en respuesta a los movimientos laterales determinados del ojo.

En la modalidad ejemplo, la luz proveniente del ojo iluminado es reflejada independientemente por la óptica de formación de imágenes de manera que los primer y segundo segmentos axiales del ojo se reflejen en el primer y segundo fotodetector lineal, respectivamente. Idealmente, los primer y segundo segmentos axiales se entrecruzan dentro de la pupila del ojo, en el borde contrastante que constituye el borde entre pupila e iris, o en el limbo.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Fig . 1 ejemplifica esquemáticamente el sistema de seguimiento de la presente invención, donde los movimientos laterales del ojo se miden a partir de la diferencia de intensidad de luz medida entre dos pares de fotodetectores lineales localizados a lo largo de dos ejes de medición/reposicionamiento en bloque independientes.

La Fig. ÍA ejemplifica esquemáticamente la estructura de un fotodiodo que se utiliza en el sistema de la Fig. 1.

La Fig. 2 es una vista lateral esquemática de un sistema para cirugía por láser que incluye el sistema de seguimiento de la Fig. 1 para uno de los dos ejes independientes.

Las Figs . 3A y 3B ejemplifican un método para detectar movimientos oculares laterales en una dimensión utilizando un par de fotodetectores lineales coaxiales en bloque.

La Fig . 4 ejemplifica esquemáticamente un sistema alternativo para detectar movimientos oculares que incluye dos sistemas de fotodiodos lineales, lo cual proporciona tanto una detección absoluta del limbo como la traslación relativa a partir de la suma de resultados del sistema colineal . . * Á mJ. ? Ím* ***m La Fig. 5 ejemplifica esquemáticamente otras posiciones del fotodetector lineal en las que un sistema óptico generador de imágenes refleja independientemente el ojo hacia los fotodetectores lineales digitales de manera que se detecte la luz de los segmentos axiales perpendiculares que se cruzan dentro de la pupila del ojo.

DESCRIPCIÓN DE MODALIDADES ESPECÍFICAS La presente invención está dirigida a dispositivos, métodos y sistemas para localizar y/o seguir la posición del ojo en un cuerpo vivo. Las técnicas de la presente invención por lo general utilizan el contraste de un borde del ojo reconocible a gran escala, como el limbo esclerocorneal . Opcionalmente, los sistemas detectores o seguidores pueden determinar la ubicación y velocidad de esos bordes sin tener que recurrir a técnicas de muestreo digitales. En un aspecto preferido, se detecta la posición del limbo esclerocorneal con respecto a un eje específico utilizando un par de fotodetectores alargados. Al ubicar estos detectores alargados de manera que cada uno se extienda a lo largo del iris relativamente oscuro y más allá del limbo hasta la esclerótica blanca, es posible determinar la posición relativa del limbo (y la pupila) .

Opcionalmente, la presente invención utiliza fotodetectores lineales en bloque que pueden proporcionar una señal indicadora de la iluminación total a lo largo del área alargada de sensibilidad luminosa. Esta área alargada de sensibilidad luminosa se extenderá a través y más allá del limbo con el fin de aprovechar el enorme contraste existente entre la esclerótica y el iris, sin tener que apuntar y seguir la posición de un borde entre estas grandes estructuras muy contrastantes.

Los dispositivos, sistemas y métodos de la presente invención pueden aplicarse en diversos medios como, por ejemplo, las técnicas para detectar la posición del ojo de la presente invención pueden utilizarse en estudios clínicos o académicos del movimiento ocular voluntario y sacádico. Estas técnicas y estructuras encuentran aplicación inmediata en la cirugía ocular mejorada por láser. Más específicamente, los sistemas de seguimiento de la presente invención pueden utilizarse para mantener la alineación entre un haz de láser terapéutico y el ojo con el fin de mejorar la precisión de la cirugía ocular por láser encaminada a darle forma a la córnea. Alternativamente, puede utilizarse el par de fotodetectores lineales sin seguimiento para interrumpir JHWBÉÉmfcniA dicho procedimiento de fotoablación por láser cada vez que el ojo se mueve fuera de un rango de alineación aceptable. Asimismo, el par de fotodetectores lineales en bloque del sistema de detección/seguimiento de la presente invención ofrece mejores tiempos de respuesta en una extensa variedad de amplitudes de movimiento ocular.

En referencia a la Fig. 1, un sistema de seguimiento 10 se utiliza para seguir los movimientos laterales de un ojo E utilizando una serie de fotodetectores lineales en bloque 12. Los detectores 12 se colocan en pares coaxiales y sus señales se comparan mediante un procesador 14. El procesador que maneja el detector envía señales para dirigir el mecanismo de reposicionamiento 16. El sistema de reposicionamiento 16 entonces modifica la alineación entre el ojo E y los detectores 12 con base en las señales recibidas del procesador.

Cada uno de los detectores 12 cuentan con un área alargada sensible a la luz, hacia la cual suelen encontrarse orientados radialmente los detectores. Si bien la ilustración esquemática de la Fig. 1 muestra a los detectores 12 sobrepuestos en el ojo E, se está en el entendido de que los detectores con frecuencia detectarán la posición del ojo E con base en una imagen del ojo. Por lo tanto, las descripciones de la posición relativa de los detectores 12 con respecto a las estructuras y los rasgos del ojo E, con frecuencia, en la práctica, se llevarán a cabo utilizando una imagen del ojo. Por ejemplo, el ojo E incluye una esclerótica S y un iris I con un limbo L que define el borde entre ambos. Los fotodiodos 12 se colocan "a través" del limbo L y se extienden del iris I a la esclerótica S, de manera que cada detector en bloque mida la luz de la esclerótica, predominantemente blanca y relativamente brillante, y del iris, mucho más oscuro. Sin embargo, se está en el entendido que las estructuras del detector pueden encontrarse a cierta distancia del ojo, de manera que los detectores realmente se extiendan a través de una imagen del ojo. La imagen del ojo con frecuencia será formada por un tren óptico ubicado entre el ojo y los detectores. Alternativamente, los fotodiodos pueden instalarse en una estructura lenticular cerca del ojo y orientarse directamente a través del limbo escleroiris.

Los detectores lineales 12 típicamente comprenderán fotodiodos de silicio alargados. Los fotodiodos de silicio típicamente tienen constantes de tiempo de decenas de picosegundos . Como resultado, la frecuencia de muestreo comúnmente se verá limitada por el tiempo de exposición. Más específicamente, la frecuencia de muestreo se relaciona inversamente con el tiempo de exposición, de manera que a menor tiempo de exposición, mayor frecuencia de muestreo.

La respuesta espectral de los fotodiodos de silicio se concentra en el infrarrojo cercano (típicamente alrededor de 750 µm) . Estos detectores suelen ser sensibles a la luz a lo largo de un espectro bastante ancho que proporciona por lo menos cincuenta por ciento de la sensibilidad a lo largo del rango de 450 µm a 950 µm. La fuente de iluminación preferida idealmente será de gran potencia dentro de este rango cuando se utilizan los detectores con fotodiodo de silicio. Alternativamente, los detectores 12 podrán detectar luz dentro del rango de 350 a 1,100 µm, ya sea utilizando menores sensibilidades, otras estructuras de diodos, o similares. Una estructura ejemplo de fotodiodo de silicio se ilustra en la Fig. ÍA. El detector lineal 12 incluye un sistema de elementos detectores 13. Los elementos detectores son más anchos a los lados (con respecto al eje detector) que a lo largo del eje. Esto incrementa el área general de detección y mantiene al mismo tiempo la resolución axial. Por lo tanto, esta estructura proporciona una mayor señal axial de ruidosidad a costas de la resolución a lo largo de una orientación transversal sensible no utilizada. Ím*m l.^J **.m .. -**ttA* .m*. ****-.... r. . *-******. .. . ^ *_***. m* ******** m*.. **. *, .*-.*- .m^*m ^ *.... ****..* . Í-.L* Los procesadores 14 generalmente compararán las señales producidas mediante un par de detectores 12 contrapuestos. Los detectores serán suficientemente largos como para medir los movimientos laterales del ojo E en una dimensión, y serán mucho más largos que anchos. El procesador 14a mide una posición del iris I del ojo E a lo largo del eje Y mediante comparar la señal producida por un primer detector 12a con la señal producida por un segundo detector 12b. Cuando el ojo E se mueve hacia arriba, disminuirá la cantidad de esclerótica S junto al primer detector 12a adyacente y aumentará la cantidad de esclerótica junto al segundo 12b. Inversamente, el iris más oscuro quedará cada vez más expuesto al primer detector 12a y menos expuesto al detector 12b. Como resultado, disminuirá la señal de iluminación total producida por el primer detector 12a y aumentará la señal producida por el segundo detector 12b. Al comparar estas dos señales, el procesador 14b podrá detectar que el ojo E se ha movido en dirección Y positiva, y podrá medir también la cantidad y velocidad de ese movimiento con base en la diferencia cuantitativa entre señales y en la velocidad de variación de dicha diferencia, respectivamente. -**--*- mli? m\. * ...^-- * ..± .?. ,1:..

Opcionalmente, los procesadores 14 pueden comprender circuitos analógicos relativamente sencillos o, alternativamente, uno o más convertidores analógico-digitales unidos a un procesador digital. Pudiera preferirse la utilización de un circuito analógico para mejorar la respuesta del sistema, particularmente cuando el mecanismo de reposicionamiento 16 se ha adaptado para utilizarse con una señal de salida analógica.

El sistema de reposicionamiento 16 generalmente efectuará la realineación entre los detectores 12 y el ojo E basándose en la señal de posicionamiento proveniente del procesador 14. Para separar los bucles de realimentación unidimensionales a lo largo de los ejes X y Y como se ejemplifica en la Fig. 1, el mecanismo de posicionamiento 16a unido al procesador 14a preferentemente efectuará sólo la alineación a lo largo del eje Y. Pueden utilizarse diversos mecanismos para proporcionar dicho reposicionamiento unidimensional . Por ejemplo, el mecanismo 16a puede trasladar la estructura lenticular que sirve de soporte a los detectores 12 a lo largo del eje. Alternativamente, el mecanismo de reposicionamiento 16 puede hacer girar sobre su eje un espejo para que se efectúe la realineación entre una imagen del eje E y los detectores 12. En aquellos casos en los que el iM.sftd.ii a ? * * **** Jr .fe&fa... ^feJ procesador 14 proporcione una señal analógica al mecanismo de reposicionamiento 16, el mecanismo de reposicionamiento con frecuencia incluirá un actuador electromecánico analógico como, por ejemplo, una bobina móvil de altavoz o similar. En aquellos casos en los que el procesador 14 proporcione una señal digital al mecanismo de reposicionamiento, podrán utilizarse actuadores electromecánicos digitales como, por ejemplo, motores de velocidad gradual.

La Fig. 2 ejemplifica un sistema 20 para la fotoablación selectiva de tejidos corneales con el fin de dar forma a la córnea . El sistema de ablación por láser 20 incorpora los elementos del sistema de seguimiento 10 de la Fig. 1. El sistema de ablación por láser 20 también incluye un láser 22 que produce un haz de láser 24. El haz de láser 24 y los detectores lineales 12 se alinean con respecto al ojo E mediante el mecanismo de reposicionamiento 16. En esta modalidad, el mecanismo de reposicionamiento 16 utiliza un espejo de pivote 26 para formar la posición de una imagen del ojo E sobre los detectores lineales 12. En otras palabras, la imagen del limbo L' sobrepuesta en los detectores 12 se alinea con respecto a los detectores mediante el espejo de pivote 26 como se muestra en la figura. Un tren óptico (no mostrado) puede incluirse dentro del sistema de posicionamiento 16 para crear una imagen del ojo y dirigir el haz de láser 24.

La formación de imágenes y la detección pueden mejorarse si se ilumina el ojo E con una energía luminosa adecuada para ser medida con los detectores 12, como se describió anteriormente . Dicha iluminación puede ser proporcionada mediante iluminadores oblicuos 28. Las porciones del sistema de seguimiento que se ejemplifican en la Fig. 2 generalmente mantendrán la alineación entre el haz de láser 24 y el ojo E sólo a lo largo del eje X. Se puede utilizar un segundo par de detectores 12, unidos a un procesador independiente 14, y un mecanismo de reposicionamiento 16 sustancialmente independiente, para seguir el ojo durante los movimientos que efectúe hacia dentro y hacia fuera del plano indicado en el esquema. Un sistema de seguimiento mejorado conforme a la invención que utiliza espejos de reposicionamiento pudiera incorporarse al sistema de cirugía ocular por láser comercializado por VISX, Incorporated, de Santa Clara, California, con la marca STAR® o STAR® S2®.

Es posible entender la variación en las señales relativas de los detectores lineales 12 remitiéndose a las Figs. 3A y 3B. Cada uno de los detectores 12 define un área alargada Í kmX?*it.?**. - »*.***»**. . .mmm***** *... sensible a la luz 30 que cuenta con un extremo interior 32 y un extremo exterior 35. Los extremos interiores 32 generalmente se encuentran alineados con respecto al iris I, mientras que los extremos exteriores 34 se extienden hasta la esclerótica circundante. Como resultado, los detectores 12 se extienden a lo largo del limbo L y detectarán una luz en parte proveniente del iris I, relativamente oscuro, y en parte de la esclerótica, mucho más brillante.

Los detectores 12 por lo general operarán en pares para detectar la posición relativa del iris I. El primer detector 12a y el segundo detector 12b se alinean coaxialmente a lo largo del eje X. Cualitativamente, cuando el iris I se mueve hacia la derecha con respecto a los detectores 12 (según se ejemplifica en la Fig. 3A, o cuando se mueven desde el punto B hacia el punto C en la Fig. 3B) , una mayor porción de la esclerótica brillante queda expuesta al primer detector 12A, con lo cual se incrementa su señal de salida. Inversamente, una mayor porción del segundo detector 12b queda cubierta por el iris oscuro, con lo cual disminuye su señal. Sin embargo, cuando el iris I se mueve perpendicularmente con respecto al eje X (como, por ejemplo, del punto A al punto B según se ejemplifica en la Fig. 3B) , la fuerza de la señal proveniente del primer detector 12A y del segundo detector 12B disminuirá Ít*t?Í.*m,-t- *- . * . ******* t ... .***.**.*... .**-***-*-*-* .... a •***.** * **. ***m mm***.** * .* ***. *. **.***** ****** , ***. , **.í ¿¡A***Xmil aproximadamente la misma cantidad. Por lo tanto, al comparar la señal del primer detector 12a con la señal del segundo detector 12b, puede utilizarse un par de detectores para indicar el movimiento del iris I a lo largo del eje X, independientemente de cualquier movimiento a lo largo del eje transversal Y.

Cuantitativamente, la señal del segundo detector 12b (y de cada uno de los detectores) será: s='¡I(x)dx o donde 1 es la longitud del segundo detector 12b, y I (x) es la intensidad de una posición x a lo largo de la longitud 1 . A manera de ejemplo, la Fig. 3C ejemplifica un perfil de intensidad que comprende una función escalonada con dos valores constantes diferentes: uno arbitrario, de baja intensidad, como J=100 dentro del iris I, y uno arbitrario, de alta intensidad, como J=200 a lo largo de la esclerótica. Si suponemos que la mitad de la longitud del segundo detector 12b se encuentra inicialmente alineada con respecto al iris y que la otra mitad está alineada con respecto a la esclerótica (l0 = l/2), la señal S es entonces proporcionada por: 2 1 5=" ¡l,dx + ¡X*dx = — (f. + I2) o V 2 Como se describió anteriormente, cuando el iris I se mueve hacia el segundo detector 12b, la señal S disminuye.

Más específicamente, cuando el iris I se mueve a la derecha mediante ?/ de manera que el limbo se mueve de 1/2 a l ', la señal proveniente del segundo detector 12b disminuirá: AS = S- \l,dx+ \ l2dx o /„ = i I.dx- \ l~dx i- O donde /' es la nueva posición de nuestro limbo teórico a lo largo del segundo detector 12b (/' = l0 +?/),mientras I2 y I2 son las intensidades a lo largo del iris y la esclerótica, respectivamente. Utilizando nuestra constante J y I2 a partir de nuestro ejemplo de función escalonada, ahora tenemos una distribución de intensidad I (x) como se ejemplifica en la Fig. 3D, que nos proporciona una variación total en la señal AS como sigue: donde (I2 y I2) es el contraste entre el iris y la esclerótica (200 - 100 = 100 en nuestro ejemplo) .

Otra manera de considerar la integral que nos proporciona la señal S de nuestro fotodetector en bloque consiste en verla como un promedio variable de la intensidad luminosa a lo largo de una ranura. Resulta ventajoso que el sistema de « * seguimiento compare la luz promedio de las ranuras que se extienden más allá de la transición gradual en contraste con lo que verdaderamente ocurre en el limbo L, como se 5 ejemplifica mediante la línea interrumpida en las Figs. 3C y 3D. En contraste con las variaciones irregulares a lo largo de esta transición, la iluminación promedio a través de las ranuras contrapuestas variará ligeramente cuando el iris I se mueva con respecto a los detectores . En las variaciones de 10 alineación o de contraste relativamente pequeñas, el desplazamiento es proporcional a la variación en la señal .

Las mediciones de la velocidad pueden realizarse con bastante precisión si se monitorea la velocidad de variación 15 de la posición a lo largo del eje X. La exactitud de dichas mediciones de la velocidad es una función de la razón entre el contraste y el ruido de los detectores 12. Más específicamente, las velocidades pueden calcularse como la velocidad de variación de una señal del borde 35, aunque el 20 borde no necesariamente tiene que ser marcado. Puede obtenerse una integral de momentos a partir de las muestras de señales tomadas antes de un intervalo de tiempo y después de otro intervalo de tiempo. La diferencia en la señal, dividida entre el intervalo de tiempo, indicará la velocidad.

El buen desempeño de la señal a ruido (s/n) proporcionará un momento más preciso, lo cual generará mejores mediciones de la velocidad. A mejor desempeño s/n, menos probable será un pico de ruido que, inadvertidamente, pudiera interpretarse como un movimiento del ojo. En otras palabras, si existe demasiado ruido, las mediciones de la velocidad pueden dificultarse debido a que la posición del borde se vuelve mal definida, y el momento tendrá un elevado error típico. Promediar los datos puede ayudar a mejorar el desempeño s/n para calcular con más precisión un borde fijo o de lento movimiento, pero el promedio de la señal secuencial pudiera reducir la velocidad máxima mensurable.

En referencia ahora a la Fig. 4, un sistema detector alternativo 30 utiliza un par de sistemas de fotodiodos lineales 32a, 32b. Dicho sistema colineal puede proporcionar información espacial adicional. Específicamente, la naturaleza digital del sistema colineal proporciona una ubicación absoluta del borde, y no sólo mediciones relativas de la posición del iris. La precisión de este sistema detector absoluto de la posición dependerá de las dimensiones del píxel del sistema colineal, así como de limitaciones ópticas clásicas como campo de visión, aumento y similares.

La información espacial proporcionada por los sistemas colineales 32 esencialmente es igual a una sola línea de video. Resulta ventajoso que un sistema único colineal de píxeles evite las limitaciones de la entrada de video estándar, inclusive la velocidad de regeneración de la imagen CCD y otras por el estilo. Esto pudiera proporcionar frecuencias de muestreo mucho más elevadas que la velocidad de regeneración típica de la imagen de video (30 o 60 Hz) y, preferentemente, tan elevadas o más elevadas que las velocidades de regeneración de la imagen de video (unos 120 Hz) .

Los sistemas colineales de fotodiodos con frecuencia incluyen matrices de 256, 512 o 1,024 píxeles. Para un campo de visión de 25 mm, la resolución de un fotodiodo colineal de 1024 es de 24 µm. La dimensión de cada elemento de la matriz es de alrededor de 2.5 µm de ancho por 25 µm de largo a lo largo del eje de la matriz, lo cual proporciona una resolución axial bastante buena. Esta dimensión más ancha generalmente ayuda a mejorar la sensibilidad del sistema.

Resulta ventajoso que las señales de salida de cada elemento de los sistemas colineales 32 puedan sumarse para proporcionar la misma información proporcionada por el detector en bloque, como se describió anteriormente. Por lo tanto, siempre y cuando el primer sistema 32a y el segundo sistema 32b crucen el limbo L en posiciones radialmente separadas, podrá compararse la suma de las señales provenientes de estos dos sistemas colineales para determinar la posición relativa del iris I a lo largo del eje X y entre los sistemas. En otras palabras, además de la información sobre la posición absoluta del borde que se obtiene de esta manera, los pares de fotodiodos lineales pueden utilizarse como fotodetectores en bloque para medir el movimiento relativo del iris I desde una línea media M que bifurca los sistemas. Por lo tanto, es posible utilizar múltiples pares de sistemas en algunas aplicaciones.

Los sistemas de detección y seguimiento de la presente invención generalmente se han descrito con referencia al movimiento a lo largo de un solo eje entre pares de detectores. Como se describió en referencia a la Fig. 1, estos sistemas con frecuencia incluirán un segundo par de detectores para detectar y/o seguir los movimientos transversales con respecto al eje sensible del primer par. Si bien dicha seguimiento puede mejorarse manteniendo una relación ortogonal entre ambos ejes sensores, pueden evitarse t , - =ttM^-ÉÉlÉ pestañas u otras obstrucciones al colocar los pares en ángulo oblicuo .

Otro sistema detector del movimiento ocular 40 se ejemplifica esquemáticamente en las Figs. 6 y 7. En esta modalidad, se forma una imagen del ojo E en el primer y segundo sistema fototodetector lineal digital 42a, 42b mediante un primer y un segundo sistema óptico de formación de imágenes 44a, 44b, respectivamente. La óptica de formación de imágenes, ejemplificado aquí esquemáticamente como una sola lente, opcionalmente puede ubicarse fuera del eje óptico del ojo, y, preferentemente, con la rutas ópticas de la óptica de formación de imágenes se compensarán mutuamente mediante un ángulo 46 de aproximadamente 90° con respecto al eje óptico del ojo. Esto permite a cada fotodetector lineal percibir el movimiento independientemente en orientación X o Y, como se describió anteriormente.

Como se ejemplifica en la Fig. 7, las áreas detectoras de los fotodetectores lineales 42a, 42b reciben luz de la pupila oscura, del iris coloreado y de la esclerótica clara del ojo E. En general, las áreas detectoras reciben luz de dos rasgos del ojo que definen un borde contrastante, y el detector lineal mide preferentemente la luz proveniente de la longitud de un segmento axial que se extiende más allá de un primer rasgo hasta un segundo rasgo circundante en ambos extremos. En aquellos casos en los que el primer rasgo comprende una estructura sustancialmente circular del ojo, como la pupila y/o el iris, el movimiento del ojo a lo largo del segmento axial puede analizarse mediante separar en dos series las señales provenientes de los sensores individuales del sistema: las señales provenientes de un lado del sistema se comparan con las señales del otro lado del sistema para determinar el movimiento del ojo conforme a la descripción mencionada con anterioridad. Alternativamente, las señales de los sensores a lo largo del sistema pudieran analizarse para determinar el centro de la pupila y/o iris, relativamente oscuros, a lo largo del segmento axial.

Si bien la presente invención ha sido descrita en cierto grado de detalle mediante ilustraciones con el fin de que su comprensión fuera más clara, diversos cambios, modificaciones y adaptaciones serán obvias para los expertos en la materia. Por ejemplo, pudieran seguirse los movimientos horizontales y verticales del ojo mediante comparar selectivamente las señales provenientes de tres fotodiodos lineales, si un procesador tratara cada fotodiodo como un elemento de los dos pares . Por lo tanto, el alcance de la presente invención se encuentra limitado exclusivamente por las reivindicaciones adjuntas . ?tm ?l IßíU?sSí?mam.*?. i ,* * * *** m*~í. *, .* -• >-. . .*.*.. ,. »_.. .*m****^, ***...*. * ******** **..-. * *. * , **. , . ** &, * i .i .

Claims (9)

REIVINDICACIONES

1 Un sistema de cirugía ocular con láser para realizar una variación deseada en las características ópticas del ojo durante sus movimientos laterales en las orientaciones X y Y, el ojo que tiene un primer rasgo y un segundo rasgo con un borde contrastante entre ambos, el sistema que comprende, un primer fotodetector lineal que tiene un área de detección alargada, el área de detección del primer fotodetector lineal se encuentra orientada de tal modo que recibe la luz del primer y segundo rasgo del ojo a lo largo de un primer eje que se extiende a lo largo del borde contrastante; y Un segundo fotodetector lineal que tiene un área de detección alargada, el área de detección del segundo fotodetector lineal orientada de tal modo que recibe luz de los primer y segundo rasgos del ojo a lo largo de un segundo eje que se extiende a lo largo del borde contrastante, el segundo eje colocado en ángulo con respecto al primer eje; un procesador unido a los primer y segundo fotodetectores lineales y que calcula el movimiento lateral del ojo en los ejes X y Y en respuesta a la luz recibida a lo largo de los primer y segundo ejes; y un láser unido al procesador y que dirige un haz de láser hacia el ojo con el fin de efectuar la variación deseada en las características ópticas del ojo, el haz que se * í . *l ..,,.*-m-.,í..m . mueve lateralmente en respuesta a los movimientos laterales calculados del ojo.

2. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en el que las áreas de detección alargadas de los primer y segundo detectores lineales se encuentran sustancialmente perpendiculares .

3. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en el que cada detector lineal produce una señal que indica la luz total recibida dentro del área de detección alargada.

4. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en el que cada detector lineal comprende un sistema colineal que incluye una serie de sensores de luz dentro del área de detección alargada, cada detector lineal que produce una señal que indica una alineación del borde contrastante a lo largo de los sensores de luz del sistema colineal.

5. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, que además comprende una primera óptica de formación de imágenes una segunda óptica de formación de imágenes, la óptica de formación de imágenes en rutas ópticas de la luz proveniente del ojo, la primera óptica de formación de imágenes refleja la luz proveniente de a lo largo del primer eje en el primer fotodetector lineal, la segunda óptica de formación de imágenes dirige la luz proveniente de a lo largo del segundo eje en el segundo fotodetector lineal.

6. El sistema de acuerdo con la reivindicación 5, en el que la óptica dirige los primer y segundo segmentos axiales del ojo en los primer y segundo fotodetectores lineales, respectivamente, y en el que los primer y segundo segmento axiales se cruzan.

7. El sistema de acuerdo con la reivindicación 6, en el que los segmentos axiales se cruzan dentro de la pupila del ojo, el borde contrastante que comprende por lo menos uno del grupo que consiste en un limbo del ojo y un borde entre el iris y la pupila del ojo.

8. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, que además comprende los primero y segundo sistemas de accionamiento escaneador de haz unidos a los primer y segundo detectores lineales por medio del procesador, respectivamente, cada sistema de accionamiento que mantiene la alineación entre el detector lineal y el ojo a lo largo del eje sensor del detector lineal relacionado.

9. Un método de cirugía ocular por láser que comprende: iluminar un primer rasgo y un segundo rasgo del ojo; medir la luz desde el ojo iluminado mediante una pluralidad de fotodetectores lineales mientras cada detector lineal se encuentra alineado para recibir luz desde el primer rasgo adyacente, desde el segundo rasgo y a través de un borde contrastante entre ambos; determinar los movimientos laterales del ojo a partir de la luz medida; dirigir un haz de láser hacia el tejido corneal del ojo para efectuar la variación deseada en las características ópticas del ojo; y mover lateralmente el haz de láser en respuesta a los movimientos laterales del ojo. 10 El método de cirugía ocular por láser de acuerdo con la reivindicación 9, que además comprende reflejar la luza proveniente del ojo iluminado de modo que los primer y segundo segmentos axiales del ojo se reflejen en el primer y segundo fotodetector lineal, respectivamente; en el que los primer y segundo segmentos axiales se entrecruzan dentro de la pupila del ojo.