PT101290B - Fluorometro para medicao da concentracao de fluoroforos de localizacao ocular - Google Patents
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Description
DESCRIÇÃO
O presente invento diz respeito a um novo fluorómetro ocular.
instrumento é baseado numa lâmpada de fenda na qual foram adaptados filtros de excitação e de barreira e um detector constituído por uma série de fotodíodos em linha e respectivo circuito de controlo e leitura. A luz proveniente da fenda é focada do olho que se pretenda provocando luz de fluorescência. Esta é captada no detector através de uma das oculares da lâmpada de fenda; na outra ocular o operador pode acompanhar a focagem.
Existe um sistema de digitalização dos sinais do detector ligado a um computador IBM compatível onde são feitos o armazenamento e análise dos dados obtidos.
DESCRIÇÃO DA TÉCNICA ANTERIOR
Desde 1975, data em que a técnica de fluorofotometria
do vítreo foi pela primeira vez introduzida como uma técnica para a medição de baixas concentrações de fluoresceína no corpo vítreo, tem sido apresentados vários fluorómetros, todos eles contendo aperfeiçoamentos. Existem actualmente vários equipamentos (fluorómetros) que no entanto apresentam várias limitações técnicas além de custos de produção elevados.
Entre outras limitações, são de referir:
- aparelho dedicado e vocacionado só para o segmento posterior;
- ângulo fixo de medição;
- Varrimento mecânico e automático ao longo de todo o eixo ocular;
- filtro fixo permitindo apenas estudos de um fluoróforo exógeno.
Equipamentos para a mesma área de aplicação da técnica anterior são detalhadamente descritos em: - EARLY BREAKDOWN OF
THE BLOOD-RETINAL BARRIER IN DIIABETES, José Cunha-Vaz, J.R.Faria de Abreu, António J. Campos and C-abriela M. Figo, British Journal of Ophthalmology, Volume 59, No.11, pages 649-656, November 1975; - VITREOUS FLUOROPHOTOMETRY FOR CLINICAL RESEARCH, Ran. C. Zeimer, Norman P. Blair, José G. Cunha Vaz, Arch Ophthalmol, Vol 101, pages 1753-1756, November 1983; - A SCANNING OCULAR SPECTROFLUOROPHOTOMETER, Jay W. McLaren and Richard F. Brubaker, Investigative Ophthalmology & Visual Science, Vol 29, No.8, pages 1285-1292, August 1988.
SUMÁRIO DO INVENTO
O fluorómetro, objecto do presente invento resolve os inconvenientes anteriormente apontados e minimiza de maneira notória os custos de produção e comercialização. Trata-se de um instrumento a adaptar a uma lâmpada de fenda (biomicroscópio de iluminação por fenda) na qual foram adaptados filtros de excitação e de barreira e um detector constituído por uma série de fotodíodos em linha e respectivo circuito de controlo e leitura. A luz proveniente da fenda é focada na zona do olho que se pretenda provocando luz de fluorescência. Esta é captada no detector através de uma das oculares da lâmpada de fenda; na outra ocular o operador pode acompanhar a focagem. Faz parte ainda do equipamento um sistema de digita 1ização dos sinais do
detector ligado a um computador IBM compatível onde são feitos o armazenamento e análise dos dados obtidos.
Constitui portanto um objectivo do invento a concepção de um instrumento que não seja dedicado e apenas vocacionado para o segmento posterior. 0 fluorómetro do invento é um acessório compacto para adaptação a uma lâmpada de fenda oftalmológica, equipamento existente em todo o consultório oftalmológico.
Constitui outro objectivo do invento a possibilidade de utilização dõ instrumento em vários do equipamento da técnica anterior.
ângulos de medição ao invés instrumento, objecto do invento, apresenta ainda um posicionamento automático e manual em zonas seleccionadas de grande interesse clínico como sejam as fronteiras córnea/aquoso, aquoso/cristalino e vítreo/retina, e varrimento electrónico. Consegue-se com este novo instrumento um posicionamento mais rápido e de alta resolução nas zonas referidas.
É ainda um objectivo do invento a apresentação de um equipamento onde seja possível trabalhar com vários filtros e que permita uma mudança de filtros fácil. Tal facto vai permitir efectuar estudos de fluorescência endógena e exógena.
Apresenta ainda, este novo instrumento, quando comparado com os fluorómetros da técnica anterior, excelentes possibilidades computacionais.
Conforme se referiu anteriormente este novo fluorómetro apresenta um custo de produção cerca de quatro vezes menor que os instrumentos da técnica anterior. Tal facto advém da grande compacidade.
BREVE DESCRIÇÃO DCS DESENHOS
Apenas a título informativo e portanto sem qualquer carácter limitativo apresentam-se em anexo duas folhas de desenhos em que:
- A figura 1 representa esquematicamente o fluorómetro objecto do presente invento;
- A figura 2 so de aquisição.
representa o diagrama de blocos do proces-
DESCRICÃO DETALHADA DE UMA EXECUCAO PREFERIDA
O instrumento objecto deste invento é um acessório fluorométrico a adaptar a uma lâmpada de fenda (biomicroscópio de iluminação por fenda), equipamento existente em todo o consultório oftalmológico.
Este acessório fluorométrico tem de ser de fácil instalação e acoplamento, deve permitir o uso da lâmpada de fenda durante a sua não utilização para fins fluorométicos e deve permitir que os exames fluorométricos se façam com grande precisão, reprodutibilidade e fiabilidade, competindo com o equipamento delicado e caro existente no mercado.
Constituem portanto condiçoes prévias:
1-. - Fácil instalação, acoplamento e desacoplamento, sem necessidade de intervenção de técnico especializado, a uma lâmpada de fenda de utilização normal.
22. - Permitir a utilização da lâmpada de fenda para os seus fins habituais, sem causar interferência significativa, quando o dispositivo está montado na lâmpada.
32. - Realizar exames fluorométricos ao nível da córnea, câmara anterior, cristalino, vítreo e retina, com a resolução e fiabilidade necessárias.
42. - Permitir introdução de novos sistemas de filtros de molde a fazer medições de fluoróforos exógenos e endógenos,
52. - Realizar medições fluorométricas de forma reprodutível e com a sensibilidade e linearidade pelo menos semelhante aos equipamentos dedicados existentes no mercado.
Para dar resposta às condições referidas teve-se em conta, durante a concepção do instrumento, as seguintes circunstâncias :
12. - Adaptação ao plano da ocular sistema binocular da lâmpada de fenda.
22. - Nao interferência com o sistema mais distante do óptico da lâmpada de fenda.
dos equipamentos de fotodíodos com μπι e que corresseparaBoa resolução, superior à existentes no mercado. Optou-se por um array uma resolução entre detectores da ordem dos 50 ponde a situações in vivo a uma resolução de 0,5 mm na ção córnea-aquoso e na separação aquoso-cristalino. Esta ção é claramente superior à actualmente obtida (superior a 1 mm).
resolu32.
Esta resolução é ângulo de 45° entre feixe áreas limítrofes da córnea obtida com medições incidente e reflexão realizadas com o e cristalino.
O instrumento tem pois capacidade de realizar as medidas em vários ângulos podendo assim ter outras aplicações complementares para medidas especulares e de dispersão da luz nos meios oculares. Estas posições angulares podem, no entanto, fixar-se de molde a manter a condições de necessária reprodutibilidade de medição.
Medições sucessivas a nível da córnea, cristalino e retina
As alternativas existentes para realizar medidas fluorométricas em vários pontos do globo ocular consistiam quer na realização de equipamentos fluorométricos com capacidade mecânica de varrimento automático ao longo do eixo do globo ocular ou na medição isolada de áreas limitadas do globo ocular (extensão dependente da resolução - densidade dos fotodetetores).
Reconhecendo-se as limitações do varrimento de todo o
globo ocular, determinando uma duração do exame que introduz uma variedade de artefactos e dificuldades de fixação e as limitações determinadas por um desenho de instrumentação dedicada apenas a uma área limitada do globo ocular, fez-se uma opção original baseada na medida média do globo ocular humano.
Assim consideram-se três zonas de medida:
córnea, cristalino e retina.
O globo ocular tem cerca de 24 mm de comprimento. Esse comprimento bem como a localização das superfícies anteriores da
córnea, cristalino e retina podem ser determinados experimentalmente pela sua reflexão especular.
Foi possível desenvolver um sistema mecânico de posicionamento por controlo automático em três posições principais: córnea (I) , cristalino (II) e retina (III) , partindo de um primeiro posicionamento realizado pelo examinador que efectuará uma primeira focagem do sistema na face anterior do cristalino.
Após a focagem inicial do cristalino, o examinador apenas terá de carregar no botão de posicionamento I para focar o sistema de detecçao na área da córnea e no botão de posicionamento III para
focar o sistema de detecção condições mudar o ângulo do lente acessória de 60 D.
na região da retina, devendo nestas instrumento para 14° e utilizar uma
Nestas condições obtem-se uma medição fluorométrica de alta resolução nas áreas de maior interesse clínico (fronteiras córnea/aquoso, aquoso/cristalino e vítreo/retina).
Os picos de fluorescência obtidos nos exames pre-injecção referentes à auto-fluorescência da córnea, cristalino e retina servem de referência na leitura do traçado e dos valores nas áreas limítrofes.
Conforme se pode observar na figura 1 o fluorómetro objecto do invento é essencialmente constituído por um módulo de excitação, um módulo do detector, um módulo de controlo e leitura, um módulo processador e um computador que constituem a componente electrónica do instrumento.
módulo de excitação é essencialmente constituído por uma lâmpada de fenda na qual foram adaptados filtros de excitação .
A componente electrónica inicia-se no detector e termina no computador seguindo os blocos habituais de qualquer sistema de aquisição de dados e controlo:
- Transdutor
- O circuito de leitura do transdutor
- O conversor Analógico/Digital
- Um módulo processador (módulo PC) para pré-processamento e armazenamento dos dados e controlo directo da experiência.
- Um computador que faz a supervisão geral e o armazenamento em disco e a análise gráfica dos resultados obtidos.
O detector é do tipo de estado sólido incluído na categoria de Self-Scanning linear photodiode array utilizando tecnologia NMOS e fabricado pela Hanamatsu.
Pertencendo à série S3921 ou S3924, tem caracteristicas
de alta performance e de grande flexibilidade. Qualquer elemento destas séries é compatível pino-a-pino. Tem um circuito de processamento de sinal integrado que permite a sua leitura à custa de um circuito externo extremamente simples uma vez que na linha vídeo (única linha de saída do sinal) aparece um trem de impulsos sendo a amplitude de cada um deles proporcional à quantidade de luz recebida pelo pixel respectivo durante o tempo de exposição. Tem baixa dark current, larga resposta espectral e excelente sensibilidade. Outras caracteristicas eléctricas e ópticas podem ser encontradas no catálogo MOS LINEAR IMAGE SENSORS da HANAMATSU. A área de cada pixel é 50 Mm x 2,5 mm (S3921) e 25 μη x 2,5 mm (S3924) estando estes orientados paralelamente à orientação da fenda do sistema de excitação.
O circuito de controlo/leitura. circuito que gera os sinais necessários sensor com determinados
Há ao que distinguir funcionamento do condições da experiência
8253/8254 alojado no módulo PC cuito de controlo) de toda a electrónica e ampliação do sinal de saída útil e à conversor analógico-digital leitura bem como o circuito parâmetros de timing adequados e cujo elemento principal é o timer e programável por software (cirassociada à manipulação sua quantificação pelo leitura). 0 circuito de à
às
It estão completamente alojados Módulo PC por um flat cable interligação conversão do (circuito de de controlo, módulo no de entre o controlo vias) leitura do de excepção do timer, sensor (ligado ao Existe uma perfeita uma vez que o timing
ADC tem que ser sincronizado com o circuito faz o drive do sensor e determina a frequência controlo que largura dos impulsos à saída.
Este circuito de leitura é de amplificador de precisão e por um
Burn Brown.
de constituído por um circuito
ADC de 12 bits - AD 7800 da
O Módulo PC. Trata-se de uma placa com o processador digital de sinal TMS 320C25 e 64K de memória RAM desenvolvida especialmente para o PAF. Ê para ser alojada numa das slots vagas de um vulgar IBM-PC compatível e ligada ao módulo do detector (acoplado â ocular de lâmpada de fenda) por um flat cable de 50 vias como já foi referido.
A função desta placa é fazer o drive do módulo do sensor e a subsequente leitura dos dados convertidos de modo perfeitamente controlado e independentemente do PC hospedeiro. Faz-se também algum pré-processamento de dados (ex. averaging) de modo a minimizar o ruído.
Graças a um esquema de partilha de memória pelo PC e TMS32025 aquele pode, através de um protocolo estabelecido com o TMS aceder à memória local para passagem de parâmetros, download de programas e leitura de dados.
Elemento fundamental deste módulo é o Timer 8253/54 programável e acessível quer pelo PC quer pelo TMS e que proporciona toda a temporização de aquisição com um máximo de flexibilidade. Note-se que um dos aspectos mais importantes para uma boa performance do detector é a temporização da aquisição.
Uma vez os dados pré-processados pelo TMS e lidos pelo PC pode começar por parte deste a sua análise.
Podemos assim, por exemplo, acompanhar no monitor em tempo real numa aquisição e decidir se queremos ou não gravar os dados em disco para posterior análise. Podemos eliminar Scans que segundo um qualquer critério se afastem do comportamento previsível. Podemos introduzir nos dados factores de para compensar não- uniformidades ou não- linearidades.
correcção
Uma das funções mais importantes do computador é também a possibilidade dada ao operador de definir de modo simples e flexível num ambiente integrado o modo de aquisição pretendido.
Na figura 2 representa-se o diagrama de blocos do processo de aquisição. Através dela podem observar-se as funções realizadas pelo instrumento e quais os dos módulos anteriormente referidos que as executam.
Na descrição anterior, apresentada meramente a titulo exemplificativo, são possíveis várias alterações que serão evidentes aos peritos desta técnica. O invento apenas deve ser considerado limitado pelo âmbito das seguintes reivindicações.
Os números de referência que constam na figura 1 referem-se a:
1. Lâmpada de fenda (Biomicroscõpio de iluminação por fenda)
2. Lâmpada
3. Filtro de excitação
4. Fenda variável
5. Filtro de barreira
6. Objectiva
7. Amplificação óptica variável
8. array de fotodíodos
9. Módulo do detector
10. flat cable (50 vias)
11. Computador
12. Ocular
13. Globo Ocular
Lisboa, 18 de Junho de 1993
J. PEREIRA DA CRUZ Agente Oíicial da Propriedade Industrial RUA VICTOR CORDON, 10-A 3.· 1200 LISBOA
FOLHA 1 (2 FOLHAS)
ríó i
FOLHA 2 (2 FOLHAS)
DIAGRAMA DE BLOCOS 00 PROCESSO DE AQUISIÇÃO
PRE-PRCCESSAMSNTC. AP-.MAZEXA.MíNTO
GEPAÇãC 00 SíNCPCNISUO 0 SCAX oo:et=~cp
ErECTUADO AO NÍVEL OC MÓOULO OO DETECTOR
ErECTUADO AO NÍVEL
CC MOOULO DO DSP = £M 'SCC.
Ξ <n>lSê 2CS
3CCS.
PRCGAAXUÇÀO Za
W-SiÇAO
ErECTUADO AO NÍVEL DO IBM COMPATÍVEL
Claims (7)
1. Um fluorómetro Ocular para medir fluorescência exógena e endógena em regiões de interesse clínico no olho (13) especifícamente seleccionadas, tais como as fronteiras cómea/aquoso, aquoso/cristalino e vítreo/retina, caracterizado por ser adaptado a uma lâmpada de fenda oftálmica (1), mas permitindo o sua utilização simultânea para os fins normais, incluindo filtros para funções de excitação e de barreira (3,5) e compreendendo ainda uma componente electrónica que inclui um detector multi-elemento de estado sólido (8), lógica de controlo e leitura (9) e um computador (11) para supervisão geral, armazenamento e análise gráfica dos resultados fotométricos, sendo caracterizado também por possuir um dispositivo mecânico que permite posicionamento automático em três posições principais de focagem - superfície anterior da cómea, superfície anterior do cristalino e fronteira retina/vítreo sendo este posicionamento automático iniciado por uma focagem manual da lâmpada de fenda, por um examinador, na face anterior do cristalino, tendo este após este procedimento inicial, apenas que pressionar um botão de posicionamento (I) ou um botão de posicionamento (III) para que o dispositivo mecânico proceda automaticamente à focagem na face anterior da cómea ou na fronteira retina/vítreo, respectivamente, sendo que para medidas feitas na última destas zonas o ângulo do instrumento - entre a luz incidente e a luz recolhida deve ser ajustado para 14°, a pupila deve estar dilatada e uma lente auxiliar deve ser introduzida no trajecto da luz.
2. O Fluorómetro Ocular de acordo com a reivindicação 1 caracterizado por as superfícies anteriores da cómea, cristalino e retina serem identificadas pela sua reflexão especular.
3. O Fluorómetro Ocular de acordo com a reivindicação 1 caracterizado por compreender um detector multi-elemento em matriz linear (8), respectivos circuitos de controlo e leitura (9) que fornecem sinais de controlo e relógio com parâmetros temporais ajustados aos requisitos da experiência e para acondicionamento, amplificação e quantificação do sinal de saída e controlados por um processador digital de sinal que maximiza a taxa de dados do ADC em ordem a reduzir drasticamente o ruído e em que os elementos detectores captam a luz de fluorescência da zona em focagem permitindo medidas de fluorescência com elevada resolução espacial.
4. O Fluorómetro Ocular de acordo com a reivindicação 3 caracterizado por o referido detector em matriz linear (8) determinar um limite para a resolução espacial de 50 pm correspondente ao espaçamento entre pixeis e um nível mínimo de detecção de 1 ng/ml de concentração equivalente de Fluoresceína.
5. O Fluorómetro Ocular de acordo com a reivindicação 4 caracterizado por compreender ainda um módulo PC, baseado num processador digital de sinal e possuindo memória local, colocado num computador IBM compatível (11) que controla o módulo detector (9) do Fluorómetro Ocular por meio de um cabo flexível de 50 vias (10), lê os dados convertidos, pre-processa os mesmos através de software com algoritmos de redução de ruído e assegura uma ligação fiável e eficiente com o computador hospedeiro (11) para supervisão da medida, armazenamento e análise de dados e interface gráfico com o utilizador
6. O Fluorómetro Ocular de acordo com a reivindicação 5 caracterizado por compreender dois programas que correm simultaneamente um ao nível do computador hospedeiro outro ao nível do processamento local.
7. O Fluorómetro Ocular de acordo com a reivindicação 3 caracterizado por a matriz linear multi-elemento referida se poder rodar de modo a que o Fluorómetro Ocular possa actuar como medidor de varrimento ou medidor de área única, sendo este último modo particularmente importante para a câmara anterior.
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