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WO2017013295A1 - Dispositivo y procedimiento para el registro de imágenes del fondo ocular - Google Patents

Dispositivo y procedimiento para el registro de imágenes del fondo ocular Download PDF

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WO2017013295A1
WO2017013295A1 PCT/ES2016/070548 ES2016070548W WO2017013295A1 WO 2017013295 A1 WO2017013295 A1 WO 2017013295A1 ES 2016070548 W ES2016070548 W ES 2016070548W WO 2017013295 A1 WO2017013295 A1 WO 2017013295A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
light
ocular
ocular fundus
recording images
images
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/ES2016/070548
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jaume Pujol Ramo
José ARASA MARTÍ
Meritxell Vilaseca Ricart
María Montserrat ARJONA CARBONELL
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Universitat Politecnica de Catalunya UPC
Davalor Salud SL
Original Assignee
Universitat Politecnica de Catalunya UPC
Davalor Salud SL
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Universitat Politecnica de Catalunya UPC, Davalor Salud SL filed Critical Universitat Politecnica de Catalunya UPC
Priority to EP16827305.0A priority Critical patent/EP3326515A4/en
Publication of WO2017013295A1 publication Critical patent/WO2017013295A1/es
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B3/00—Apparatus for testing the eyes; Instruments for examining the eyes
    • A61B3/10—Objective types, i.e. instruments for examining the eyes independent of the patients' perceptions or reactions
    • A61B3/14—Arrangements specially adapted for eye photography
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B3/00—Apparatus for testing the eyes; Instruments for examining the eyes
    • A61B3/10—Objective types, i.e. instruments for examining the eyes independent of the patients' perceptions or reactions
    • A61B3/12—Objective types, i.e. instruments for examining the eyes independent of the patients' perceptions or reactions for looking at the eye fundus, e.g. ophthalmoscopes

Definitions

  • the present invention is related to the devices and procedures used to determine optical characteristics of the eye, proposing a device that allows images of the ocular fundus to be recorded for the purpose of diagnosing pathologies of the retina and optic nerve.
  • Vision is the gateway to 95% of the information we receive and, therefore, the most important route of spatial location, emotional communication and learning (for example, in relation to skills for formal recognition, reading , reading comprehension, etc.), so it is convenient to perform a periodic exploration of the vision, to detect and treat the functional problems and pathologies that may occur.
  • retinography which is based on the analysis of the retina, a layer of light-sensitive tissue that is inside the eye.
  • different color images of the ocular fundus are taken and analyzed by a specialist.
  • the devices used for the analysis of the retina are composed of a light emitter that is responsible for projecting a beam of light on the patient's ocular fundus, and a camera that is responsible for capturing the light reflected by the ocular fundus.
  • the set of images of the ocular fundus captured by the camera are sent to a visualization device where the specialist analyzes the images to detect possible anomalies or defects in the patient's vision.
  • These devices work by sending a beam of light into the visible spectrum, while the cameras used to capture the images obtain images in different spectral bands of the visible spectrum.
  • the information provided by these devices is not enough, and in many cases requires the expertise of the specialist to detect abnormalities of the ocular fundus.
  • unwanted reflections are produced that hinder the final diagnosis of the ocular background.
  • a device that allows a hyperspectral analysis of the ocular fundus to be obtained, obtaining a continuous recording of images of the ocular fundus taken in different spectral bands within the visible, infrared and ultraviolet spectrum, so that the specialist in charge of Analyzing the patient's retina has a large amount of image information on the retina in order to diagnose possible defects or abnormalities.
  • the device for recording images of the ocular fund comprises:
  • - light emitting means configured to illuminate the ocular background by emitting light in the visible, infrared and ultraviolet spectrum
  • - light collection means configured to capture images of the light reflected by the ocular background in different spectral bands within the visible, infrared and ultraviolet spectrum
  • control means configured to command the light emission means, the light collection means and the set of optical elements.
  • the light emitting means emit monochromatic light, or quasimonchromatic light, that is, they emit in a single wavelength, or in a very narrow wavelength range.
  • monochromatic light, or quasimonchromatic light can be emitted using a set of pixels of an LCD-type microdisplay, or a set of LEDs.
  • the light emission means emit broad spectrum light, that is, emit in a wide wavelength range
  • the light collection means incorporate filters to be able to decompose the broad spectrum light emitted in different spectral bands.
  • the light collection means incorporates monochromatic filters, or pseudo-monochromatic filters, such as interferential filters, which allow separating the broad spectrum light emitted in different spectral bands.
  • tunable wavelength filters can also be used, such as acoustic-optical or liquid crystal filters.
  • the light collection means are intended to be cameras of the CCD, CMOS or InGaAs (indium gallium arsenide) or InSb (indium antimonide), or are a matrix of pixel radiation sensors.
  • the control means are configured to determine the time during which the light emitting means are emitting a beam of light, and the time during which the light collection means are capturing the light reflected by the ocular background. For this, a time meter is used that is operatively connected to the light emission and acquisition means. In this way, the light-emitting means and the light-picking means are synchronized, and the time elapsed since the light-emitting means emits a beam of light can be determined, until the light-picking means capture said beam of light after it has been reflected by the ocular fundus. Thus, you can know the layer of the ocular fundus from which each reflex comes, allowing to achieve a three-dimensional reconstruction of the ocular fundus.
  • the set of optical elements of the device for recording images of the ocular background comprises polarizers specially adapted to eliminate the unwanted reflections produced by the cornea, so that said unwanted reflections do not affect the images of the ocular background registered by the means for capturing light.
  • the set of optical elements also comprises optical reflectors, such as mirrors or lenses, that direct the light emitted by the light emitting means. Segmented mirrors are also used, which apart from directing the light, provide it with a particular structure, so that the alterations produced in the structure of the light once it has been reflected in the ocular background, can be used by the specialist to determine abnormalities in the ocular fundus. Structured light also increases the resolution of images obtained from the ocular background.
  • the device for recording images of the ocular fundus additionally comprises an aberrometer that is used to measure ocular aberrations, and an adaptive optics system that subsequently corrects the optical aberrations of the patient's eye detected by the aberrometer. In this way the optical aberrations do not affect the images recorded by the light collection means.
  • RGB color display from the spectral information by applying sRGB space or techniques such as those based on the analysis of main components or the compression of spectral areas, and
  • This dynamic record allows to obtain a video of the ocular fund that allows the specialist to diagnose more efficiently the pathologies of the retina and the optic nerve.
  • the temporal spaces that may appear between two hyperspectral images of the ocular fundus are completed by creating images of the ocular filling background obtained by means of image-based algorithms based on the comparison of the results with images obtained in other users.
  • the light can be emitted by the light-emitting means discontinuously in short intervals of time, traveling the spectrum from infrared to ultraviolet, or it can be emitted continuously, for example using white light, which subsequently decomposes by filters in different spectral bands.
  • the emitted light can illuminate the entire ocular fundus, or it can partially illuminate the ocular fundus. If the ocular fund is partially illuminated by sectors, the light collection means obtain a partial image for each section of the illuminated ocular fundus. These partial images of the ocular fundus are superimposed using image overlay techniques to obtain an image of the large-field ocular fundus, which presents a greater amount of information than the images that capture the ocular fundus in its entirety.
  • An ocular diagnostic device is thus obtained which, due to its constructive and functional characteristics, is of preferential application for the function to which it is intended in relation to the determination of the ocular fundus of a patient.
  • Figure 1 shows a block diagram of an embodiment of the device for recording images of the ocular background of the invention.
  • Figure 2 shows the elements of the device for recording ocular fundus images operatively connected with a control unit that governs them.
  • the image recording device of the ocular fund comprises light emission means that are specially configured to illuminate the ocular fundus of the eye (1) of a patient by the emission of light in the visible, infrared and ultraviolet spectrum, means of light collection specially configured to capture images of the light reflected by the ocular background in different spectral bands within the visible, infrared and ultraviolet spectrum, a set of optical elements arranged in the optical path established between the light emitting means and the media of light collection, which can be used to direct, polarize and structure the emitted light, and control means configured to command the light emission means, the light collection means and the set of optical elements.
  • the light emitting means comprise a laser (2) that emits a laser beam to create a light spot that illuminates partially the fundus (1) and a light source (3) that emit visible, infrared and ultraviolet light.
  • the light source (3) can emit visible, infrared and ultraviolet light discontinuously in short intervals of time, traveling the electromagnetic spectrum from infrared to ultraviolet, or the light source (3) can emit white light continuously , which subsequently breaks down into different spectral bands.
  • the light emitted by the light source (3) is directed towards a micro-actuator (4) that directs the light towards a first beam splitter (5), where the light emitted by the light source (3) is associated to the laser beam emitted by the laser (2), obtaining a beam of light that is directed towards a second beam splitter (6) that sends it in the direction of the patient's eye (1) to illuminate the ocular fundus of the eye (1 ).
  • the second beam splitter (6) also allows the light reflected by the ocular fundus to be directed towards a camera (7), which is responsible for recording images of the light reflected from the ocular fundus.
  • the chamber (7) can be a CCD, CMOS, InGaAs (indium and gallium arsenide), InSb (indium antimonide), or an array of pixel radiation sensors.
  • the camera (7) is responsible for recording images of the light reflected from the ocular background in different spectral bands within the visible, infrared and ultraviolet spectrum.
  • the light emitting means emit monochromatic light, or quasimonchromatic light, that is, they emit light in a single wavelength, or in a very narrow wavelength range.
  • the light-emitting means emit broad spectrum light, that is, emit light in a wide wavelength range, in this case, in front of the camera (7) there are arranged filters (8) responsible for separating the light reflected by the ocular background into different spectral bands within the visible, infrared and ultraviolet spectrum.
  • the filters (8) can be composed of monochromatic filters, or pseudo-monochromatic filters, such as interferential filters, so that for each position of the filter an image of the ocular fundus associated with a spectral band is obtained.
  • the separation of the light into different spectral bands can also be done by putting in the chamber (7) tunable wavelength filters, such as acoustic-optical filters, or liquid crystal filters.
  • the filters (8) that allow the light to be separated into different spectral bands are arranged just in front of the chamber (7), once the light has been reflected by the ocular fundus, although they could be arranged in another location of the optical path established between the light emitting means and the light picking means, such as at the exit of the light source (3).
  • the filters (8) are used to decompose said white light into different spectral bands, so that the camera (7) obtains images of the ocular background in the different spectral bands that have been broken down by filters (8).
  • the light emitted by the light-emitting means can be oriented using micro-actuators, such as segmented micro-mirrors, or piezoelectric mirrors, which are arranged along the optical path of the light.
  • micro-actuators such as segmented micro-mirrors, or piezoelectric mirrors, which are arranged along the optical path of the light.
  • Segmented micromirrors apart from directing the light towards the eye (1), give the light a particular structure.
  • the structure of the light is altered after having been reflected in the ocular fundus, so that depending on how that alteration occurs, the specialist can detect abnormalities of the patient's retina. Structured light also increases the resolution of images obtained from the ocular background.
  • the ocular fundus image recording device additionally incorporates, in front of the camera (7), an aberrometer (10.1), for measuring the optical aberrations of the eye (1), and a adaptive optics system (10.2) based on a matrix of deformable mirrors that allows correcting the aberrations of the eye (1) detected by the aberrometer (10.1).
  • an aberrometer for measuring the optical aberrations of the eye (1)
  • a adaptive optics system (10.2) based on a matrix of deformable mirrors that allows correcting the aberrations of the eye (1) detected by the aberrometer (10.1).
  • the light emitting means in particular the light source (3), and the light pick-up means, the camera (7), are operatively connected to a time meter (11) which is responsible for determining the time during which the light source (3) is emitting a beam of light towards the patient's eye (1), and the time during which the camera (7) is receiving the light reflected by the ocular fundus.
  • the light-emitting means and the light-picking means are synchronized, so that the time elapsed since the light-emitting means emits a beam of light can be determined, until the light-picking means capture said beam of light after it has been reflected by the ocular fundus.
  • the information of the measured times is sent to a control unit, such as a computer (12), where a reconstruction of the three-dimensional geometry of the ocular background can be performed using specific image reconstruction algorithms.
  • the time during which they emit the light-emitting means can be controlled using devices that can be controlled by the computer (12), as an example and without limiting value, the control of the emission time can be performed by means of MOSFET devices combined with detectors of avalanche effect light, or timers based on quartz oscillators.
  • the light-emitting means can emit the light discontinuously in small intervals of time, sequentially traveling the electromagnetic spectrum from infrared to ultraviolet so that for each spectral band within the visible, infrared and ultraviolet spectrum an image of the ocular fundus
  • the light emitting means can also emit white light continuously, and through filters (8) the light can be decomposed into different spectral bands, and for each spectral band an image of the ocular background is obtained.
  • the light emitted on the eye (1) can illuminate the ocular fund completely, or it can partially illuminate the ocular fund, that is, the ocular fund is illuminated by sectors, so that applying automatic image overlay recognition techniques can be obtained a large-field image of the ocular fundus of the eye (1) of the patient.
  • the temporal spaces that can be created between two hyperspectral images of the ocular fundus are completed by creating hyperspectral images of the - 1: ocular filling background obtained by means of image generation algorithms which are based on the images obtained in previous analyzes in other users.

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Abstract

unos medios de emisión de luz configurados para iluminar el fondo ocular mediante la emisión de luz en el espectro visible, infrarrojo y ultravioleta, unos medios de captación de luz configurados para captar imágenes de la luz reflejada por el fondo ocular en diferentes bandas espectrales dentro del espectro visible, infrarrojo y ultravioleta, un conjunto de elementos ópticos dispuestos en el camino óptico establecido entre los medios de emisión de luz y los medios de captación de luz, unos medios de control configurados para comandar los medios de emisión de luz, los medios de captación de luz y el conjunto de elementos ópticos.

Description

DESCRIPCIÓN
DISPOSITIVO Y PROCEDIMIENTO PARA EL REGISTRO DE IMÁGENES DEL FONDO
OCULAR
Sector de la técnica
La presente invención está relacionada con los dispositivos y procedimientos empleados para determinar características ópticas del ojo, proponiendo un dispositivo que permite registrar imágenes del fondo ocular con el propósito de diagnosticar patologías de la retina y del nervio óptico.
Estado de la técnica
La visión es la puerta de entrada del 95% de la información que recibimos y, por tanto, la vía más importante de la ubicación espacial, comunicación emocional y del aprendizaje (por ejemplo, en relación con las habilidades para el reconocimiento formal, la lectura, la comprensión de la lectura, etc.), por lo que es conveniente realizar una exploración periódica de la visión, para detectar y tratar los problemas funcionales y patologías que pueda presentar.
Entre las técnicas empleadas en medicina para la exploración de la visión se encuentra la retinografía, la cual se basa en el análisis de la retina, capa de tejido sensible a la luz que se encuentra en el interior del ojo. Para la detección de las diferentes enfermedades que pueden afectar a la retina, como la retinopatía diabética, hipertensiva, o la retinosis pigmentaria, o al nervio óptico, se toman diferentes imágenes en color del fondo ocular que son analizadas por un especialista.
Así, los dispositivos empleados para el análisis de la retina se componen de un emisor de luz que se encarga de proyectar un haz de luz sobre el fondo ocular del paciente, y una cámara que se encarga de captar la luz reflejada por el fondo ocular. El conjunto de imágenes del fondo ocular captadas por la cámara se envían a un dispositivo de visualización en donde el especialista analiza las imágenes para detectar posibles anomalías o defectos en la visión del paciente. Estos dispositivos funcionan enviando un haz de luz dentro del espectro visible, mientras que las cámaras empleadas para captar las imágenes obtienen imágenes en diferentes bandas espectrales del espectro visible. Sin embargo, la información aportada por estos dispositivos no es suficiente, y en muchos casos requiere de la pericia del especialista para poder detectar anomalías del fondo ocular.
Las imágenes obtenidas del fondo ocular con estos dispositivos plantean varias limitaciones que dificultan el diagnóstico porque las imágenes del fondo ocular se obtienen en un rango espectral limitado (visible), a través de una banda en escala de grises, o tres bandas como máximo en color, mayoritariamente en dos dimensiones, y a intervalos de tiempo muy espaciados, con lo que se pierden detalles de imágenes en el tiempo. Por otro lado, durante las capturas de las imágenes del fondo ocular, se producen reflejos indeseados que dificultan el diagnóstico final del fondo ocular.
Se hace por tanto necesario un dispositivo alternativo a los ya empleados que permita obtener imágenes del fondo ocular en diferentes bandas espectrales, imágenes en tres dimensiones, y secuencias de video con las que se puedan detectar diferentes características de la retina, y del nervio óptico, así como que permita obtener imágenes que no se encuentren alteradas por reflejos indeseados de la córnea.
Objeto de la invención
De acuerdo con la presente invención se propone un dispositivo que permite realizar un análisis hiperespectral del fondo ocular, obteniendo un registro continuo de imágenes del fondo ocular tomadas en diferentes bandas espectrales dentro del espectro visible, infrarrojo y ultravioleta, de manera que el especialista encargado de analizar la retina del paciente dispone de una amplia cantidad de información de imágenes de la retina para poder diagnosticar sus posibles defectos o anomalías.
El dispositivo para el registro de imágenes del fondo ocular comprende:
- unos medios de emisión de luz configurados para iluminar el fondo ocular mediante la emisión de luz en el espectro visible, infrarrojo y ultravioleta, - unos medios de captación de luz configurados para captar imágenes de la luz reflejada por el fondo ocular en diferentes bandas espectrales dentro del espectro visible, infrarrojo y ultravioleta,
- un conjunto de elementos ópticos dispuestos en el camino óptico establecido entre los medios de emisión de luz y los medios de captación de luz, y
- unos medios de control configurados para comandar los medios de emisión de luz, los medios de captación de luz y el conjunto de elementos ópticos.
Es especialmente relevante poder disponer de imágenes del fondo ocular fuera del espectro visible, y muy especialmente en bandas espectrales dentro del espectro ultravioleta e infrarrojo, ya que las imágenes del fondo ocular asociadas a dichas bandas espectrales permiten obtener detalles del fondo ocular que no son observables en el espectro visible, disponiendo por tanto el especialista de una información esencial para poder diagnosticar posibles defectos o anomalías de la retina del paciente.
Según un ejemplo de realización de la invención, los medios de emisión de luz emiten luz monocromática, o luz quasimonocromática, es decir, emiten en una única longitud de onda, o en un rango de longitudes de onda muy estrecho. Por ejemplo, la luz monocromática, o luz quasimonocromática, puede ser emitida empleando un conjunto de pixeles de un microdisplay de tipo LCD, o un conjunto de leds.
Según otro ejemplo de realización de la invención, los medios de emisión de luz emiten luz de espectro ancho, es decir, emiten en un rango de longitudes de onda ancho, en tal caso, se ha previsto que los medios de captación de luz incorporen filtros para poder descomponer la luz de espectro ancho emitida en diferentes bandas espectrales. En caso de emplear medios de emisión de luz de espectro ancho, los medios de captación de luz incorporan filtros monocromáticos, o filtros pseudo-monocromáticos, como por ejemplo filtros interferenciales, los cuales permiten separar la luz de espectro ancho emitida en diferentes bandas espectrales. Para separar la luz de espectro ancho en diferentes bandas espectrales también se pueden emplear filtros de longitud de onda sintonizable, como por ejemplo filtros acusto-ópticos o de cristal líquido. Se ha previsto que los medios de captación de luz sean cámaras de tipo CCD, CMOS o InGaAs (arseniuro de indio y galio) o InSb (antimoniuro de indio), o sean una matriz de sensores de radiación por píxeles.
Los medios de control están configurados para determinar el tiempo durante el cual los medios de emisión de luz están emitiendo un haz de luz, y el tiempo durante el cual los medios de captación de luz están captando la luz reflejada por el fondo ocular. Para ello se emplea un medidor de tiempo que está operativamente conectado a los medios de emisión y captación de luz. De esta manera, los medios de emisión de luz y los medios de captación de luz están sincronizados, y se puede determinar el tiempo transcurrido desde que los medios de emisión de luz emiten un haz de luz, hasta que los medios de captación de luz captan dicho haz de luz después de que haya sido reflejado por el fondo ocular. Así, se puede conocer la capa del fondo ocular de donde proviene cada reflejo, permitiendo conseguir una reconstrucción tridimensional del fondo ocular.
El conjunto de elementos ópticos del dispositivo para el registro de imágenes del fondo ocular comprende polarizadores especialmente adaptados para eliminar los reflejos indeseados producidos por la córnea, de manera que dichos reflejos indeseados no afectan a las imágenes del fondo ocular registradas por los medios de captación de luz. Asimismo, el conjunto de elementos ópticos también comprende reflectores ópticos, como espejos o lentes, que direccionan la luz emitida por los medios de emisión de luz. También se emplean espejos segmentados, que aparte de direccionar la luz, la dotan de una estructura particular, de manera que las alteraciones producidas en la estructura de la luz una vez que esta se ha reflejado en el fondo ocular, pueden ser empleadas por el especialista para determinar anomalías en el fondo ocular. Asimismo la luz estructurada permite aumentar la resolución de las imágenes que se obtienen del fondo ocular.
El dispositivo para el registro de imágenes del fondo ocular comprende adicionalmente un aberrometro que se emplea para medir las aberraciones oculares, y un sistema de óptica adaptativa que posteriormente corrige las aberraciones ópticas del ojo del paciente detectadas por el aberrómertro. De esta manera las aberraciones ópticas no afectan a las imágenes registradas por los medios de captación de luz.
De acuerdo con todo ello, el procedimiento para el registro de imágenes del fondo ocular empleando comprende las etapas de: - emitir sobre el fondo ocular luz en el espectro visible, infrarrojo y ultravioleta,
- capturar la luz reflejada por el fondo ocular en bandas espectrales dentro del espectro visible, infrarrojo y ultravioleta,
- recorrer el espectro electromagnético desde la banda del ultravioleta hasta la banda del infrarrojo, y obtener una imagen hiperespectral del fondo ocular, y
- extraer información espectral de cada uno de los píxeles de la imagen hiperespectral aplicando técnicas de recuperación de espectros, y
- obtener una visualización en color RGB a partir de la información espectral aplicando el espacio sRGB o técnicas como las basadas en el análisis de componentes principales o en la compresión de zonas espectrales, y
- repetir los pasos anteriores recorriendo sucesivas veces el espectro electromagnético desde la banda del ultravioleta hasta el infrarrojo, y obtener para cada recorrido del espectro electromagnético una imagen hiperespectral, y
- disponer secuencialmente las imágenes hiperespectrales del fondo ocular para obtener un registro dinámico.
Dicho registro dinámico permite obtener un video del fondo ocular que permite al especialista diagnosticar más eficientemente las patologías de la retina y del nervio óptico. Para obtener un video que aporta mayor precisión sobre el comportamiento de la retina y del nervio óptico, los espacios temporales que pueden aparecer entre dos imágenes hiperespectrales del fondo ocular se completan creando imágenes del fondo ocular de relleno obtenidas mediante algoritmos de generación de imágenes basados en la comparación de los resultados con imágenes obtenidas en otros usuarios.
La luz puede ser emitida por los medios de emisión de luz de forma discontinua en cortos intervalos de tiempo, recorriendo el espectro desde el infrarrojo hasta el ultravioleta, o puede emitirse de forma continua, por ejemplo empleando luz blanca, la cual posteriormente se descompone mediante filtros en diferentes bandas espectrales. La luz emitida puede iluminar el fondo ocular en su totalidad, o puede iluminar el fondo ocular de manera parcial. En caso de iluminar parcialmente por sectores el fondo ocular, los medios de captación de luz obtienen una imagen parcial por cada sección del fondo ocular iluminada. Estas imágenes parciales del fondo ocular se superponen empleando técnicas de superposición de imágenes para obtener una imagen del fondo ocular de gran campo, la cual presenta una mayor cantidad de información que las imágenes que captan el fondo ocular en su totalidad.
Se obtiene así un dispositivo de diagnóstico ocular que por sus características constructivas y funcionales resulta de aplicación preferente para la función a la que se halla destinado en relación con la determinación del fondo ocular de un paciente.
Descripción de las figuras
La figura 1 se muestra un diagrama de bloques de un ejemplo de realización del dispositivo para el registro de imágenes del fondo ocular de la invención.
La figura 2 muestra los elementos del dispositivo para el registro de imágenes del fondo ocular operativamente conectados con una unidad de control que los gobierna.
Descripción detallada de la invención
El dispositivo de registro de imágenes del fondo ocular comprende unos medios de emisión de luz que están especialmente configurados para iluminar el fondo ocular del ojo (1) de un paciente mediante la emisión de luz en el espectro visible, infrarrojo y ultravioleta, unos medios de captación de luz especialmente configurados para captar imágenes de la luz reflejada por el fondo ocular en diferentes bandas espectrales dentro del espectro visible, infrarrojo y ultravioleta, un conjunto de elementos ópticos dispuestos en el camino óptico establecido entre los medios de emisión de luz y los medios de captación de luz, que pueden ser empleados para direccionar, polarizar y estructurar la luz emitida, y unos medios de control configurados para comandar los medios de emisión de luz, los medios de captación de luz y el conjunto de elementos ópticos.
Como se observa en el ejemplo de realización de la figura 1 , los medios de emisión de luz comprenden un láser (2) que emite un haz láser para crear un punto de luz que ilumina parcialmente el fondo del ojo (1) y una fuente de luz (3) que emiten luz visible, infrarroja y ultravioleta.
La fuente de luz (3) puede emitir luz visible, infrarroja y ultravioleta de forma discontinua en cortos intervalos de tiempo, recorriendo el espectro electromagnético desde el infrarrojo hasta el ultravioleta, o la fuente de luz (3) puede emitir luz blanca de forma continua, la cual posteriormente se descompone en diferentes bandas espectrales.
La luz emitida por la fuente de luz (3) se dirige hacia un micro-actuador (4) que direcciona la luz hacia un primer divisor de haz (5), en donde la luz emitida por la fuente de luz (3) se asocia al haz láser emitido por el láser (2), obteniéndose un haz de luz que es dirigido hacia un segundo divisor de haz (6) que lo envía en la dirección del ojo (1) del paciente para iluminar el fondo ocular del ojo (1).
El segundo divisor de haz (6) permite igualmente que la luz reflejada por el fondo ocular se dirija hacia una cámara (7), la cual se encarga de registrar imágenes de la luz reflejada del fondo ocular. La cámara (7) puede ser una cámara de tipo CCD, CMOS, InGaAs (arseniuro de indio y galio), InSb (antimoniuro de indio), o una matriz de sensores de radiación por píxeles. En cualquier caso, la cámara (7) se encarga de registrar imágenes de la luz reflejada del fondo ocular en diferentes bandas espectrales dentro del espectro visible, infrarrojo y ultravioleta.
Según un ejemplo de realización de la invención, los medios de emisión de luz emiten luz monocromática, o luz quasimonocromatica, es decir, emiten luz en una única longitud de onda, o en un rango de longitudes de onda muy estrecho. Según otro ejemplo de realización de la invención, los medios de emisión de luz emiten luz de espectro ancho, es decir, emiten luz en un rango de longitudes de onda ancho, en tal caso, por delante de la cámara (7) se disponen unos filtros (8) encargados de separar la luz reflejada por el fondo ocular en diferentes bandas espectrales dentro del espectro visible, infrarrojo y ultravioleta. Los filtros (8) pueden estar compuestos por filtros monocromáticos, o filtros pseudo-monocromáticos, como por ejemplo filtros interferenciales, de manera que para cada posición del filtro se obtiene una imagen del fondo ocular asociada a una banda espectral. La separación de la luz en diferentes bandas espectrales también se puede realizar anteponiendo a la cámara (7) filtros de longitud de onda sintonizable, como por ejemplo filtros acusto-ópticos, o de cristal líquido. En el ejemplo de realización mostrado en las figuras, los filtros (8) que permiten separar la luz en diferentes bandas espectrales están dispuestos justo delante de la cámara (7), una vez que la luz ha sido reflejada por el fondo ocular, si bien pudiesen estar dispuestos en otra ubicación del camino óptico establecido entre los medios de emisión de luz y los medios de captación de luz, como por ejemplo a la salida de la fuente de luz (3).
Cuando la fuente de luz (3) emite luz blanca de forma continua, los filtros (8) se emplean para descomponer dicha luz blanca en diferentes bandas espectrales, de manera que la cámara (7) obtiene imágenes del fondo ocular en las diferentes bandas espectrales que han sido descompuestas por los filtros (8).
Se ha previsto emplear polarizadores (9) que permiten eliminar la luz polarizada procedente del reflejo de la córnea, obteniéndose de esta manera imágenes del fondo ocular mucho más nítidas.
Asimismo, se ha previsto la posibilidad de que la luz emitida por los medios de emisión de luz pueda ser orientada empleando microactuadores, como por ejemplo microespejos segmentados, o piezoeléctricos, los cuales se disponen a lo largo del camino óptico de la luz. Los microespejos segmentados, aparte de direccionar la luz hacia el ojo (1), dotan a la luz de una estructura particular. La estructura de la luz se altera después de haberse reflejada en el fondo ocular, de manera que en función de cómo se produce esa alteración, el especialista puede detectar anomalías de la retina del paciente. Asimismo la luz estructurada permite aumentar la resolución de las imágenes que se obtienen del fondo ocular.
Como se observa en la figura 2, el dispositivo de registro de imágenes del fondo ocular incorpora adicionalmente, por delante de la cámara (7), un aberrómetro (10.1 ), para la medición de las aberraciones ópticas del ojo (1), y un sistema de óptica adaptativa (10.2) basado en una matriz de espejos deformables que permite corregir las aberraciones del ojo (1) detectadas por el aberrómetro (10.1). Así, las imágenes obtenidas del fondo ocular son muchos más nítidas al estar libres de las aberraciones del ojo (1).
Los medios de emisión de luz, en concreto la fuente de luz (3), y los medios de captación de la luz, la cámara (7), están operativamente conectados con un medidor de tiempo (11) que se encarga de determinar el tiempo durante el que la fuente de luz (3) está emitiendo un haz de luz hacia el ojo (1) del paciente, y el tiempo durante el que la cámara (7) está recibiendo la luz reflejada por el fondo ocular. Los medios de emisión de luz y los medios de captación de luz están sincronizados, de modo que se puede determinar el tiempo transcurrido desde que los medios de emisión de luz emiten un haz de luz, hasta que los medios de captación de luz captan dicho haz de luz después de que haya sido reflejado por el fondo ocular. Así, conociendo el retardo existente entre la emisión de la luz, y su reflejo por la córnea, se puede conocer las capas de la córnea de donde proviene la luz reflejada.
La información de los tiempos medidos es enviada a una unidad de control, como por ejemplo un ordenador (12), en donde se puede realizar una reconstrucción de la geometría tridimensional del fondo ocular empleando algoritmos específicos de reconstrucción de imágenes.
El tiempo durante el cual emiten los medios de emisión de luz puede ser controlado utilizando dispositivos que pueden ser controlados por el ordenador (12), como ejemplo y sin valor limitativo, el control del tiempo de emisión puede realizarse mediante dispositivos MOSFET combinado con detectores de luz de efecto avalancha, o temporizadores con base de osciladores de cuarzo.
Con todo ello así, el procedimiento para el registro de imágenes del fondo ocular se compone de las siguientes etapas:
- emitir sobre el fondo ocular luz en el espectro visible, infrarrojo y ultravioleta,
- capturar la luz reflejada por el fondo ocular en bandas espectrales dentro del espectro visible, infrarrojo y ultravioleta,
- recorrer las bandas del espectro electromagnético desde la banda del ultravioleta hasta la banda del infrarrojo, y obtener una imagen hiperespectral del fondo ocular,
- extraer información espectral de cada uno de los píxeles de la imagen hiperespectral aplicando técnicas de recuperación de espectros,
- obtener una visualización en color RGB a partir de la información espectral aplicando el espacio sRGB, o técnicas como las basadas en el análisis de componentes principales, o en la compresión de zonas espectrales, - repetir los pasos anteriores de manera que se recorre sucesivas veces las bandas del espectro electromagnético desde la banda del ultravioleta hasta la banda del infrarrojo, y se obtiene para cada recorrido del espectro electromagnético anteriormente indicado una imagen hiperespectral del fondo ocular que es una imagen del fondo ocular obtenida para las bandas espectrales dentro del espectro visible, infrarrojo y ultravioleta,
- disponer secuencialmente las imágenes hiperespectrales del fondo ocular obtenidas en los sucesivos recorridos del espectro electromagnético, para obtener un registro dinámico en forma de video.
Los medios de emisión de luz pueden emitir la luz de forma discontinua en pequeños intervalos de tiempo, recorriendo secuencialmente el espectro electromagnético desde el infrarrojo hasta el ultravioleta de manera que para cada banda espectral dentro del espectro visible, infrarrojo y ultravioleta se obtiene una imagen del fondo ocular.
Los medios de emisión de luz también pueden emitir luz blanca de forma continua, y mediante filtros (8) se puede descomponer la luz en diferentes bandas espectrales, y para cada banda espectral se obtiene una imagen del fondo ocular.
La luz emitida sobre el ojo (1) puede iluminar el fondo ocular totalmente, o puede iluminar el fondo ocular parcialmente, es decir, se ilumina el fondo ocular por sectores, de manera que aplicando técnicas de reconocimiento automático de superposición de imágenes se puede obtener una imagen de gran campo del fondo ocular del ojo (1) del paciente.
De esta manera se obtiene una secuencia de imágenes, cada una de las cuales corresponde a una determinada longitud de onda dentro del espectro electromagnético que va desde el infrarrojo al ultravioleta. De esta manera, se recorren todas las bandas del espectro desde el infrarrojo hasta el ultravioleta, con lo que el especialista dispone de una amplia cantidad de información para poder detectar anomalías de la retina, y combinando las sucesivas imágenes hiperespectrales obtenidas se puede obtener un registro dinámico tipo video del fondo del ojo (1).
Para obtener un video que aporta mayor precisión sobre el comportamiento de la retina y del nervio óptico, los espacios temporales que se pueden crear entre dos imágenes hiperespectrales del fondo ocular se completan creando imágenes hiperespectrales del - 1 : fondo ocular de relleno obtenidas mediante algoritmos de generación de imágenes las cuales se basan en las imágenes obtenidas en anteriores análisis en otros usuarios.

Claims

REIVINDICACIONES
1. - Dispositivo para el registro de imágenes del fondo ocular, caracterizado por que comprende:
- unos medios de emisión de luz configurados para iluminar el fondo ocular mediante la emisión de luz en el espectro visible, infrarrojo y ultravioleta,
- unos medios de captación de luz configurados para captar imágenes de la luz reflejada por el fondo ocular en diferentes bandas espectrales dentro del espectro visible, infrarrojo y ultravioleta,
- un conjunto de elementos ópticos dispuestos en el camino óptico establecido entre los medios de emisión de luz y los medios de captación de luz, y
- unos medios de control configurados para comandar los medios de emisión de luz, los medios de captación de luz y el conjunto de elementos ópticos.
2. - Dispositivo para el registro de imágenes del fondo ocular, según la primera reivindicación, caracterizado por que los medios de emisión de luz emiten luz monocromática, o luz quasimonocromatica.
3. - Dispositivo para el registro de imágenes del fondo ocular, según la reivindicación anterior, caracterizado por que los medios de emisión de luz que emiten luz monocromática, o luz quasimonocromatica, comprenden un conjunto de pixeles de un microdisplay de tipo LCD, o un conjunto de LEDs.
4. - Dispositivo para el registro de imágenes del fondo ocular, según la primera reivindicación, caracterizado por que los medios de emisión de luz emiten luz de espectro ancho.
5. - Dispositivo para el registro de imágenes del fondo ocular, según la primera y cuarta reivindicaciones, caracterizado por que los medios de captación de luz incorporan filtros (8) para separar la luz en diferentes bandas espectrales.
6. - Dispositivo para el registro de imágenes del fondo ocular, según la reivindicación anterior, caracterizado por que los filtros (8) son filtros monocromáticos, o pseudo- monocromáticos, como filtros interferenciales.
7. - Dispositivo para el registro de imágenes del fondo ocular, según la quinta reivindicación, caracterizado por que los filtros (8) son filtros de longitud de onda sintonizable, como filtros acusto-ópticos, o de cristal líquido.
8. - Dispositivo para el registro de imágenes del fondo ocular, según la primera reivindicación, caracterizado por que los medios de captación de luz son cámaras de tipo CCD, CMOS, InGaAs, InSb, o son una matriz de sensores de radiación por píxeles.
9. - Dispositivo para el registro de imágenes del fondo ocular, según la primera reivindicación, caracterizado por que los medios de control están configurados para determinar el tiempo transcurrido desde que los medios de emisión de luz emiten un haz de luz, hasta que los medios de captación de luz captan dicho haz de luz después de que hay sido reflejado por el fondo ocular.
10. - Dispositivo para el registro de imágenes del fondo ocular, según la primera reivindicación, caracterizado por que el conjunto de elementos ópticos comprende polarizadores adaptados para polarizar la luz reflejada por el fondo ocular.
1 1. - Dispositivo para el registro de imágenes del fondo ocular, según la primera reivindicación, caracterizado por que el conjunto de elementos ópticos comprende espejos segmentados que dotan de una estructura a la luz emitida.
12. - Dispositivo para el registro de imágenes del fondo ocular, según la primera reivindicación, caracterizado por que el conjunto de elementos ópticos comprende reflectores ópticos que orientan la luz desde que es emitida por los medios de emisión de luz hasta que se refleja en el fondo ocular y es captada por los medios de captación de luz.
13. - Dispositivo para el registro de imágenes del fondo ocular, según la primera reivindicación, caracterizado por que el dispositivo incorpora un aberrómetro (10.1) y un sistema de óptica adaptativa (10.2) empleados para medir y corregir aberraciones ópticas del ojo (1) del paciente.
14. - Procedimiento para el registro de imágenes del fondo ocular empleando el dispositivo de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que comprende las etapas de:
- emitir sobre el fondo ocular luz en el espectro visible, infrarrojo y ultravioleta,
- capturar la luz reflejada por el fondo ocular en bandas espectrales dentro del espectro visible, infrarrojo y ultravioleta,
- recorrer el espectro electromagnético desde la banda del ultravioleta hasta la banda del infrarrojo, y obtener una imagen hiperespectral del fondo ocular,
- extraer información espectral de cada uno de los píxeles de la imagen hiperespectral aplicando técnicas de recuperación de espectros,
- obtener una visualización en color RGB a partir de la información espectral aplicando el espacio sRGB, o técnicas como las basadas en el análisis de componentes principales, o en la compresión de zonas espectrales,
- repetir los pasos anteriores recorriendo sucesivas veces el espectro electromagnético desde la banda del ultravioleta hasta el infrarrojo, y obtener para cada recorrido del espectro electromagnético una imagen hiperespectral, y
- disponer secuencialmente las imágenes hiperespectrales del fondo ocular para obtener un registro dinámico.
15. - Procedimiento para el registro de imágenes del fondo ocular, según la decimocuarta reivindicación, caracterizado por que la luz se emite sobre el fondo ocular de forma discontinua, recorriendo el espectro electromagnético desde el infrarrojo hasta el ultravioleta, y para cada banda espectral dentro del espectro visible, infrarrojo y ultravioleta se obtiene una imagen del fondo ocular.
16. - Procedimiento para el registro de imágenes del fondo ocular, según la decimocuarta reivindicación, caracterizado por que se emite luz blanca sobre el fondo ocular de forma continua, y mediante filtros se descompone la luz en diferentes bandas espectrales, y para cada banda espectral se obtiene una imagen del fondo ocular.
17.- Procedimiento para el registro de imágenes del fondo ocular, según la decimocuarta reivindicación, caracterizado por que la luz emitida ilumina el fondo ocular en su totalidad, o de forma parcial.
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