MXPA03002692A - Metodo para determinar distancias en el segmento ocular anterior. - Google Patents

Abstract

La invencion se relaciona con un metodo para determinar distancias en el segmento ocular anterior, preferiblemente de las pupilas y/o el diametro del iris, en donde se registra la imagen de por lo menos parte del ojo y se digitaliza utilizando un dispositivo generador de imagen y un arreglo para iluminar el ojo. En base en la imagen digital se lleva a cabo un analisis del centro de gravedad y la determinacion del punto central, especialmente para la posicion de las pupilas, al llevar a cabo un analisis de intensidad y de umbral, como determinacion aproximada. En base en tal determinacion aproximada se lleva a cabo una deteccion fina de la posicion de los bordes de la pupila y/o los bordes del iris. Adicionalmente, se puede determinar el angulo entre el eje visual y el eje optico del ojo a partir de la posicion de una reflexion fija al centro de la pupila y/o al centro del iris.

Description

METODO PARA DETERMINAR DISTANCIAS EN EL SEGMENTO OCULAR ANTERIOR La fórmula de cálculo de IOL (lente intraocular) "Holladay 2" ("Intraocular Lens Power Calculations for the Refractivo Surgeon", Jack T. Holladay, en: Operativo Techniques in Cataract and Refractivo Surgery, Vol. 1 , No. 3 (septiembre), 1998: pp 105-117), mediante la cual se puede calcular la potencia de un lente intraocular (IOL) para implantación en el ojo humano, así como la sección de tipos especiales de. IOL (ICL, etc.), requiere lo que se denomina "diámetro horizontal del iris" (hor-w-t-w), el cual es el diámetro horizontal del iris, como un valor introducido. En la cirugía de córnea para eliminación de deficiencias visuales en el ojo humano (PRK, LASIK), también es interesante que el cirujano conozca el punto en el que pasa el eje visual del paciente a través de la córnea. Posteriormente, se puede llevar a cabo la ablación por láser con mayor precisión en este punto, en comparación con la suposición previa que se basa en el centro geométrico de la córnea. La medición de longitud interferomótrica del espesor de la córnea de la profundidad de la cámara anterior y del espesor del lente en el ojo humano utilizando PCI requiere un ajuste previo del ojo a lo largo de su eje óptico teórico en la parte frontal del instrumento de medición, en oposición a la medición de la longitud axial que requiere la colocación del ojo a lo largo del eje visual real.

Para determinar el diámetro horizontal del iris, previamente se ha hecho uso de reglas y plantillas (figura 11 y http://www.a$ico.com/1576.htm). las cuales se mantienen en la parte delantera del ojo del paciente y desde las cuales el diámetro del iris se lee de esta manera al considerarlo fijo. Este método es susceptible de interferencia por paralaje durante la observación y las plantillas utilizadas previamente tienen una graduación de 0.5 mm, lo que permite solo precisión limitada. Otra solución conocida para medir los oculares utilizados como accesorios en dispositivos de lámparas deslizables (Instruction Manual for slit-lamp 30 SIJM, publicación número G 30-114-d (MA XI/79) Cari Zeiss D-7082 Oberkochen, página 38). Aunque tales oculares evitan errores de paralaje, el valor del diámetro debe leerse desde una escala. Además, se conocen medios de medición invasivos en forma de calibradores de deslizamiento mecánicos que se insertan en la cámara anterior mediante una incisión en la esclerótica (por ejemplo, documento de E.U.A. 4,319,564). Además se conocen los denominados gonioscopios los cuales se colocan en el ojo, proyectan escalas en el iris y permiten que se lea el diámetro del iris a través de lupas (por ejemplo, documento de E.U.A. 4,398,812). Los dispositivos que miden el diámetro de la pupila se denominan pupilómetros (por ejemplo, EP 0,550,673). Sin embargo no miden el diámetro del iris.

No se conocen dispositivos para determinar el punto en el que el eje visual pasa a través de la córnea. La industria de cámaras únicamente utiliza métodos que detectan la dirección en la cual observa un ojo humano; las señales transmitidas de tales dispositivos sirven, por ejemplo, para controlar mecanismos de autoenfoque en cámaras fotográficas (por ejemplo patente de E.U.A. 5,291 ,234) o se utilizan en los denominados seguidores de ojo. Tales dispositivos vigilan los movimientos del ojo o los movimientos de observación. Además, no se conocen dispositivos para el ajuste previo del ojo a lo largo del eje óptico; al enfocar el ojo de manera diferente o por medio de exploración del haz de medición, se han realizado esfuerzos al azar para encontrar la colocación correcta del ojo a lo largo del eje óptico por medio de ensayo. El documento WO 00/33729 del solicitante describe un sistema y método para determinar, de una manera sin contacto, la longitud axial, la curvatura de la córnea y la profundidad de la cámara anterior del ojo utilizando un solo dispositivo para calcular el efecto óptico de un lente intraocular. El ojo generalmente se ilumina por los LED de luz visible o IR, las imágenes de reflexión del mismo se captan por una cámara de CCD y se exhiben. Además, se proporciona una luz de fijación para el sujeto de prueba para dirigir la pupila del ojo en la dirección del eje óptico, la reflexión de la luz de fijación también es captada por la cámara CCD.

Un objetivo de la invención es proporcionar un dispositivo y método que permita una mayor precisión de la determinación del diámetro horizontal del iris de una manera independiente del usuario. De acuerdo con la invención, este objetivo se obtiene por los rasgos caracterizantes de las reivindicaciones independientes. Las modalidades adicionales preferidas son el tema de las reivindicaciones dependientes. De una manera sorprendente, la invención también materializa la posibilidad práctica de describir el punto de intersección del eje visual a través de la córnea en relación al centro de la pupila y/o el centro del iris y para permitir un ajuste previo más preciso de un instrumento de medición de longitud interferométrica a lo largo del eje óptico del ojo, en base en la posición del punto de intersección y sobre el centro geométrico de la córnea. Previamente no se conocía la posición del eje visual para el usuario de tal instrumento. Por lo tanto, se pedia al paciente que enfocará directamente por un medio adecuado (fijación de luz para el ojo del paciente dentro del instrumento o fuera del instrumento). Después de esto, se inicia la operación de medición la cual únicamente tiene éxito si la medición se lleva a cabo a lo largo del eje óptico. Esto significa que no está claro si se ha incidido o no en el eje hasta después de la operación de medición. La luz de fijación se mueve en incrementos de 1 c; y muy pocas operaciones de medición inútiles se pueden requerir hasta que se alcance el punto en donde la medición interferométrica es exitosa. Tal procedimiento no es aceptable en la práctica oftalmológica.

Modalidad de ejemplo: La invención se describe con mayor detalle a continuación con referencia a los dibujos esquemáticos, en donde: La figura 1 es un diagrama de flujo del método de acuerdo con la invención, La figura 2 muestra el algoritmo para la detección aproximada de la pupila, La figura 3 representa un análisis de escala de grises/determinación de centro, La figura 4 representa el análisis de borde, La figura 5 es un diagrama de flujo del análisis de borde, La figura 6 muestra la detección y determinación de la posición del punto de fijación, La figura 7 es un diagrama de flujo de la verificación de la condición plausible, La figura 8 muestra la trayectoria del haz de iluminación/trayectoria del haz de detección, La figura 9 es una superposición sobre el ojo que se va a medir, La figura 10 es una vista agrandada del centro de la figura 9, La figura 11 muestra un calibrado del diámetro horizontal del iris, de acuerdo con Holladay-Godwin. De acuerdo con la figura 8, el ojo 1 del sujeto objetivo se ilumina preferiblemente por fuentes 2 de luz que emiten luz infrarroja, que se colocan en un círculo alrededor del eje óptico, como en WO 00/33729 (por ejemplo LED). Una fuente 3 de luz, sobre la cual se enfoca el sujeto de prueba, disminuye su intensidad en el sistema de observación, coaxialmente a la trayectoria del haz de observación por un divisor 4 de haz, la fuente 3 de luz emite luz visible (por ejemplo un LED o un diodo láser). Se genera una imagen del ojo, por medio del sistema 5 formación de imagen telecóntrico sobre el detector 6 de imagen, preferiblemente una cámara CCD, que se conecta a una unidad de control y evaluación (no mostrada). La señal de video de la cámara se exhibe en una pantalla normal o LCD (no mostrada). La iluminación 2 permite al usuario, durante todo el tiempo del ajuste y de medición del sujeto de prueba, verificar si el sujeto de prueba está enfocando correctamente - y, en consecuencia, si el resultado de la medición es correcto. La formación de imagen del ojo del sujeto de prueba con los detalles de imagen pertinentes se lleva a cabo de manera telecéntrica que minimiza la influencia del ajuste del sujeto de prueba. Ante un ajuste correcto del ojo del paciente y ante el inicio por el usuario, la señal BAS de la cámara CCD se archiva en la memoria de una computadora por medio de un grabador de marcos. La figura 9 muestra esquemáticamente tal imagen, que incluye la pupila 7, el diámetro 9 de pupila así como el iris 8 y el diámetro 10 de iris. La figura 10 muestra un segmento agrandado de la pupila con puntos 11 de reflexión de la iluminación, la imagen de la luz 12 de fijación, el centro 13 del iris y el centro 14 de pupila.

Utilizando medios de procesamiento de imagen, se determinan las distancias dentro de la imagen, desde las cuales se pueden calcular los siguientes valores, en base en la escala de imagen de la óptica de observación: el diámetro y el centro del iris, el diámetro y el centro de la pupila, las coordenadas x e y de la imagen de la córnea de la luz de fijación (primera imagen de Purkinje) en relación al centro del iris, y las coordenadas x e y de la imagen de la córnea de la luz de fijación (primera imagen de Purkinje) en relación al centro de la pupila. Dado que las formas reales del iris y la pupila del ojo humano no necesariamente deben ser circuios, se pueden determinar también elipses con sus parámetros de semiejes y puntos focales, de acuerdo con una modalidad adicional. Con una escala de imagen seleccionada adecuadamente del sistema óptico 5 formador de imagen, se pueden determinar los valores medidos con una precisión de cálculo de <+0.01 mm. El diámetro del iris proporciona la distancia horizontal esclerótica a la esclerótica o diámetro horizontal del iris: diámetro horizontal del iris [en mm] = 0iris [en pixelesj/número de pixeles por mm. Las coordenadas x e y de la imagen Purkinje de la luz de fijación proporciona el punto en donde pasa el eje visual a través de la córnea, siempre que el sujeto de prueba este enfocado correctamente, lo cual puede verificar el usuario durante la medición en base en la imagen de video en vivo sobre la LCD. El eje visual y el eje óptico se pueden desviar entre si hasta 8o debido a que la fóvea puede estar desviada 3o desde la parte nasal hasta 8o hacia la parte temporal. (Un esquema simplificado del ojo de acuerdo con Gullstrand in Diepes "Refraktionsbestimmung" Bode publishing company, Pfortzheim, quinta edición, 1988). El ángulo entre el visual y el eje óptico del ojo resulta de las relaciones angulares, por ejemplo, en base en el ojo de acuerdo con Gullstrand, en donde la (distancia) de desviación medida entre la imagen del punto de fijación y el centro del iris y/o el centro de la pupila se toma en consideración. Antes de la medición interferomótrica de la media ocular anterior, se determina la desviación de ambos ejes visuales entre si. Se marca el punto de fijación del presente sistema de medición a lo largo del eje visual. Se determina la cantidad y la dirección de la distancia de este punto al centro de la pupila (y/o al centro del iris). Las fórmulas trigonométricas sencillas proporcionan el ángulo necesario entre el eje óptico y el eje visual, por ejemplo, como: = arco tangente (a / k) - ángulo entre eje visual y eje óptico a - distancia entre el punto de fijación y el centro de la pupila (centro del iris) k - distancia entre el punto nodal (véase referencia de Diepes) y córnea menos R/2 (aproximadamente 3.8 mm). De acuerdo con este valor medido, se puede llevar a cabo un ajuste previo de la dirección de observación al paciente al proporcionar una luz de fijación al paciente en un ángulo calculado , y de esta manera se elimina un procedimiento de búsqueda compleja.

Método para determinar las posiciones de la pupila, iris y punto de fijación Diagrama de flujo (figura 1 ): Como un valor de entrada para evaluación, se utiliza una imagen digitalizada de escala de grises con una escala de imagen que permite que se capte la totalidad del iris con la iluminación de campo circundante encendida. Después de la reducción de la interferencia, la unidad de evaluación determina los objetos: pupila, iris e imagen de punto de fijación. Ventajosamente, la imagen de la pupila se determina aproximadamente por primera vez y se utiliza para detección del iris, dado que el contraste en el borde del iris habitualmente es débil y, además, la periferia del iris puede estar cubierta por los párpados en la parte superior e inferior del mismo, de manera que no sea circular, sino que también es posible detectar solo la forma de un sector.

Cuando se lleva cabo con éxito, los parámetros del iris y la pupila se regresan como un modelo circular (radio, centro, o como un modelo elíptico (ejes principales, centro). El punto de fijación (es decir, el punto en donde el eje visual pasa a través de la córnea) se regresa en forma de sus coordenadas, es decir, las coordenadas están disponibles para el programa solicitado.

Reducción de interferencia La detección del borde en base en perfiles de escala de grises en la imagen original produce grandes variaciones al determinar las posiciones del borde, tales variaciones resultan de la interferencia superpuesta en la señal de imagen. Se utiliza un filtro mediano 20 x 20 para reducción de interferencia.

Detección aproximada de la pupila - figura 2/figura 3 Para la detección aproximada de la posición de la pupila, se utiliza un método de binarización con búsqueda subsecuente de objetos unidos en la imagen binaria. La figura 3 muestra una distribución en escala de grises no uniforme g (x,y), detectada por la cámara CCD y determinada por análisis de valor umbral (valor umbral 1 ), en un sistema de coordenadas X/Y. El centro teórico xo.yo de esta área se determina por análisis de centroide, y se determina un modelo circular/modelo elíptico que tenga un radio R- (Esto se explicará posteriormente). La binarización se refiere a la transformación de escala de grises por pixeles, de acuerdo con O^ y - o de otra manera ' a donde x coordenada horizontal de un pixel y coordenada vertical de un pixel g(x,y) valor de escala de grises del .pixel en la posición (x.y) thr valor umbral no negativo. Se establece la suposición de que la pupila es un objeto binario que excede un mínimo determinado previamente y está más cerca al centro de la imagen. Debido a su dependencia de la brillantez ambiental, no es adecuado un método de binarización con un valor umbral constante. Por lo tanto, los objetos binarios se determinan para una serie de valores umbral, de acuerdo con el método anterior. El valor umbral "óptimo" thr* se supone que es aquel valor el cual, cuando es incremento, resulta en un cambio más pequeño en el objeto binario seleccionado (es decir, posición y tamaño). En base en el objeto binario asignado a este valor umbral, se determinan los siguientes factores para una determinación aproximada de la posición de la pupila: ^ ' g(x, y) ¦ x — : Sumatoria sobre todos los pixeles de la imagen) ?*(*._v) ? * ,/1 ¦t 1 (x,y) e , ??/eto binario 0 de ofra manera (xo.yo) centroide del objeto binario (coordenadas del centro) R (área del objeto binario/ )V2 (radio estimado).

Detección fina de pupila e iris - figura 4 Las posiciones de borde de la pupila e iris (borde = "periferia" del círculo/elipse) se determinan a partir de los perfiles de escala de grises (= exploración de los valores de escala de grises de la imagen sometida a filtro mediano, a lo largo de las trayectorias) vía el centro de la pupila determinada de manera aproximada (véase figura). Para el iris se establece la suposición, primero que nada, que el borde se localiza en un anillo circular más grande específico, colocado concéntricamente a la pupila detectada de manera aproximada. El siguiente algoritmo se aplica de manera análoga a la detección fina tanto del borde de la pupila como del borde del iris. Se lleva a cabo una exploración por medio de haces de búsqueda (direcciones de búsqueda) S que comienzan desde xo.yo, en donde la dirección del haz de búsqueda varía sucesivamente en un ángulo . El intervalo de búsqueda aproximada SB en el haz de búsqueda S se obtiene del modelo de aproximación determinado de antemano del iris y la pupila. La determinación del borde de pupila K se lleva a cabo sobre todo el círculo, mientras que la determinación del borde del iris se lleva a cabo únicamente en una región angular alrededor del eje X (2 sectores de un círculo) debido a la posibilidad de cobertura por el párpado. En estos perfiles, se determinan puntos de inflexión por uniformización y diferenciación numérica adecuadas. Se conocen muchos métodos para este propósito (por ejemplo Savitzky A. y Golay, M.J.E. Analytical Chemistry, Vol. 36, pp. 1627-39, 1964), que pueden implementarse de manera eficaz como filtros lineales unidimensionales. En general, se encontrarán una multiplicidad de puntos de inflexión a lo largo del perfil de escala de grises. Entre estos, se determina como una ubicación del borde la posición (x,y) que satisface las siguientes condiciones: (a) (x,y) se localiza en un anillo circular alrededor de (xo.yo) (posición aproximada de la pupila) que tiene un radio interno y un radio externo, que se pueden determinar individualmente para la detección de la pupila y la detección de iris, respectivamente, como una función de r0 (radio aproximado de la pupila). (b) La diferencia, en términos absolutos, entre los valores extremos que se localizan alrededor de (x,y) en el perfil de escala de grises alcanza su máximo en todas las posiciones que satisfacen la condición (a).

Por lo tanto, está disponible un máximo de dos posiciones de borde cada uno por perfil de escala de grises (es decir, por ángulo de exploración) para modelado de iris y para modelado de pupila, respectivamente. Para eliminar las interferencias sistemáticas, por ejemplo, causadas por el iris o la pupila cuando se cubren en el caso de una abertura de párpado estrecha, se puede limitar el intervalo de los ángulos de exploración, es decir, mm, ¡ri3 < max, iris para la determinación del borde del iris, y de manera análoga, min, pupiia < < max, pupila psra la determinación del borde de la pupila.

Adaptación del modelo de pupila/iris - figura 5 El número de posiciones de borde (xi, yi) determinado en la etapa precedente permite que los parámetros del modelo de pupila y del modelo de iris (es decir, círculos o elipses) se determina por medio de regresión. Esto se realiza al minimizar la suma de los errores al cuadrado ?j (*/ - , y¡ , p))2 + (y¡ - y(x¡ , y¡ > p))2 ? min (i ) sobre el número de posibles vectores de parámetro p (círculo: coordenadas de centro y radio; elipse: coordenada del centro, longitudes de los ejes principales, ángulos entre el eje principal grande y el eje x). Para ajuste del círculo, una solución de (1 ) es posible de una manera directa y numéricamente eficaz por el método de distribución de valor singular. Para la solución del problema de valor de la raíz media cuadrada restringida para adaptación de la elipse, también existen muchas soluciones estándar (por ejemplo, en Bookstein, F.L. Fitting conic sections to scattered data. Computer Graphics and Image Processing, Vol. 9, pp. 56-71 , 1979, and Fltzgibbon, A.W. and Fisher, R.B. A buyer's guide to conic fitting. Proceedings of British Machine Vision Conference, Bimingham, 1995). Para reducir la influencia de los valores no tratados (es decir, posiciones de borde determinadas incorrectamente) se hace uso del método de regresión de dos etapas, de acuerdo con la figura 5. Además, se pueden utilizar métodos alternativos para selección de las posiciones de borde los cuales se van a utilizar para adaptación de parámetros, tales como la transformación de Hough para modelos circulares.

Detección del punto de fijación - figura 6 Para detección del punto de fijación, se lleva a cabo una binarización (véase antes) de la imagen no filtrada de la cámara CCD con un valor umbral FP = s*thr* (s>1 .0), tal valor umbral depende de thr* (valor umbral utilizado para la detección aproximada de la pupila). Como el punto de fijación, se determina el centro de ese objeto binario integral BF (valores de escala de grises > FP) el cual se localiza más cercano al centro de pupila determinado PM y tiene un área superficial mínima determinada previamente. De otra manera, se identifican objetos binarios no relevantes (por ejemplo imágenes de reflexión de la iluminación por LED) a través de la distancia mayor desde el centro de la pupila y no se tomara en consideración.

Verificación de la condición plausible - figura 7 Antes de que las coordenadas determinadas regresen al programa que las solicita, se lleva a cabo una verificación de la condición plausible de acuerdo con la figura 7 con el fin de evitar que se encuentren elementos detectados de manera posiblemente incorrecta. Las preguntas comprenden diversas propiedades conocidas del objeto examinado, con las cuales los resultados determinados deben ser coincidentes.

Claims (5)

NOVEDAD DE LA INVENCION REIVINDICACIONES

1.- Un método para determinar distancias en el segmento ocular anterior, preferiblemente un diámetro de pupila y/o un diámetro de iris, caracterizado porque se capta la imagen de por lo menos parte de un ojo y se digitaliza utilizando una unidad de captación de imagen y una distribución para iluminación del ojo y, en base en la imagen digitalizada, se lleva a cabo un análisis de centroide y una determinación de centro como una determinación aproximada por medio de análisis de umbral de intensidad, en particular respecto a una posición de la pupila, y se lleva a cabo una detección fina de la posición de los bordes de la pupila y/o de los bordes del iris en base en tal determinación aproximada.

2.- Un método para determinar el eje visual, caracterizado porque el punto de intersección de un eje visual a través de la córnea se determina utilizando una luz de fijación.

3. - El método de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque, además, se determina el punto de intersección de un eje visual a través de la córnea del ojo en relación a la pupila y/o el iris en base en la posición de una reflexión de fijación.

4. - El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el ángulo entre el eje visual y el eje óptico del ojo se determina en base en la posición de reflexión de fijación en relación al centro de la pupila y/o al centro del iris.

5.- El método de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque se ajusta previamente un instrumento para medición interferométrica de los segmentos del ojo humano a lo largo del eje óptico del ojo, utilizando tal ángulo.