BRPI0614915A2

BRPI0614915A2 - sistema de posicionamento lateral de dispositivo oftálmico e métodos associados

Info

Publication number: BRPI0614915A2
Application number: BRPI0614915-4A
Authority: BR
Inventors: John A Campin; John J Bowes
Original assignee: Alcon Refractive Horizons Inc
Priority date: 2005-07-29
Filing date: 2006-07-26
Publication date: 2011-04-19
Also published as: EP1909637B1; US20070024808A1; WO2007016132A3; ATE424756T1; JP2009502341A; EP1909637A2; AU2006275938A1; CA2615771A1; ES2323551T3; KR20080042826A; CN101282681A; MX2008001173A; WO2007016132A2; TW200727857A; DE602006005676D1

Abstract

SISTEMA DE POSICIONAMENTO LATERAL DE DISPOSITIVO OFTáLMICO E MéTODOS ASSOCIADOS. A presente invenção refere-se a um sistema e método para determinar uma posição lateral de um olho com relação a um dispositivo oftálmico que são apresentados. Uma modalidade do método inclui a recepção de dados compreendendo uma imagem de uma superfície de um olho. Uma característica de borda na imagem é localizada, em que a característica de borda se encontra em uma relação conhecida a uma pupila do olho. A imagem é mapeada a partir da característica de borda de modo a definir lateralmente a pupila, e um centro da pupila é determinado usando a definição de pupila. O centro de pupila compreende um local a partir do qual se obtém uma posição de olho lateral preferida com relação a um dispositivo oftálmico. Uma modalidade do sistema da presente invenção pode incluir um processador e um pacote de software executável pelo processador, o pacote de software sendo adaptado para fazer com que o processador execute etapas do método.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "SISTEMA DEPOSICIONAMENTO LATERAL DE DISPOSITIVO OFTÁLMICO E MÉTO-DOS ASSOCIADOS".

REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS RELACIONADOS

O presente pedido reivindica a prioridade, de acordo com o do-cumento 35 U.S.C § 119, do Pedido de Patente Provisório N°. 60/703 669,depositado em 29 de julho de 2005, cujo todo o conteúdo encontra-se incor-porado ao presente documento à guisa de referência.

CAMPO TÉCNICO DA INVENÇÃO

A presente invenção refere-se a sistemas e métodos para a rea-lização de medições corneanas de frente de onda e de cirurgia corneanaassistida a laser, e, mais especificamente, a sistemas e métodos para a oti-mização de um posicionamento lateral do olho submetido a tal cirurgia.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

É conhecido na técnica executar a ablação corneana por meiode uma cirurgia a laser refrativa orientada por frente de onda. Tipicamente,um sensor de frente de onda mede as aberrações em um olho de modo aproduzir um mapa de aberrações e determina a sua posição com relação amarcas anatômicas, as quais podem ser recursos aplicados intrínseca ouexternamente. Os dados de aberração, por vezes, juntamente com informa-ções de registro geométrico, podem ser transferidos diretamente para umlaser de excímero de tratamento, que é tipicamente utilizado para realizar aablação.

Nos dispositivos oftalmológicos, o posicionamento de um dispo-sitivo de medição ou ablação em uma posição conhecida lateralmente comrelação a um olho, de tal forma que o dispositivo possa se tornar terapeuti-camente eficaz, é de grande importância. Em alguns sistemas, o olho deveestar centrado e em um foco claro para a interação da imagem a um opera-dor. Pode também ser importante que um feixe de laser venha a se concen-trar em um plano predeterminado com relação ao olho, por exemplo, em umsistema a laser de excímero, ou que o olho fique posicionado para uma efi-caz medição subseqüente do olho, por exemplo, uma medição de frente deonda.

Entre as conhecidas técnicas para ajudar no posicionamentoestão a ruptura de uma pluralidade de feixes luminosos, tais como os feixesde luz infravermelha, por meio do ápice corneano, bem como a projeção so-bre a córnea de uma pluralidade de feixes luminosos, que podem ser poste-riormente analisados ou automaticamente analisados por um operador a fimde avaliar a precisão do posicionamento do olho. Quando o olho é conside-rado não estar em uma posição terapeuticamente eficaz, o dispositivo e/oucabeça/olho podem ser movidos de modo a reposicionar o olho de uma for-ma ótima ou para dentro de tolerâncias aceitáveis definidas.

As abordagens atuais conhecidas para a resolução do problemade posicionamento são tipicamente sujeitas a erro e requerem a intervençãopor parte de um operador e/ou de um hardware adicional. Portanto, seriavantajoso fornecer um sistema e método para melhorar a precisão e a auto-mação no alinhamento dos olhos, sem a necessidade da intervenção de umoperador humano ou de um hardware adicional.

BREVE SUMÁRIO DA INVENÇÃO

A presente invenção trata de um sistema e método para deter-minar uma posição lateral de um olho com relação a um dispositivo oftálmi-co. Uma posição lateral ótima pode ser qualquer posição que coloca o olhode tal modo que o dispositivo oftalmológico possa se tornar terapeuticamen-te eficaz para o seu fim concebido. Um posicionamento lateral ótimo podeincluir o posicionamento dos olhos de tal forma que o dispositivo oftalmológi-co possa funcionar até os limites da suas tolerâncias concebidas, bem comoem qualquer parte dos dispositivos oftalmológicos concebidos para uma fai-xa terapeuticamente eficaz. Uma modalidade do método da presente inven-ção compreende a etapa de receber dados que compreendem uma imagemde uma superfície de um olho. Uma característica de borda da imagem élocalizado, em que a característica de borda se encontra em um relaciona-mento conhecido com a pupila do olho. A imagem é mapeada a partir dacaracterística de borda de modo a definir lateralmente a pupila, e um centroda pupila é calculada através do uso da definição da pupila. A pupila com-preende uma localização a partir da qual se obtém uma posição ótima lateraldo olho com relação a um dispositivo oftálmico.

Uma modalidade do sistema da presente invenção pode com-preender um processador e um pacote de software executável pelo proces-sador. O pacote de software é adaptado para realizar as etapas de métodoacima.

As modalidades do sistema e método da presente invenção pos-suem a vantagem de não ser necessário nenhum hardware adicional quandoo dispositivo oftálmico já compreende um meio para gerar a imagem da su-perfície do olho e para capturar essa imagem. Um elemento adicional podecompreender um pacote de software para computar uma centralização ótimae uma posição focai, e para direcionar a posição do dispositivo oftálmico oupara indicar um movimento desejado do dispositivo oftálmico, dependendoda presença de uma capacidade de posicionamento automático.

Os recursos que caracterizam a presente invenção, tanto quantoà organização e ao método de funcionamento, juntamente com outros obje-tos e vantagens da mesma, serão melhor entendidos a partir da descrição aseguir, usada em conjunto com os desenhos em anexo. Deve-se expressa-mente entender que os desenhos se prestam para fins de ilustração e des-crição, e não pretende servir como uma definição dos limites da presenteinvenção. Estes e outros objetos atingidos, e as vantagens oferecidas, pelapresente invenção tornar-se-ão mais plenamente aparentes quando a des-crição que agora se segue é lida em conjunto com os desenhos em anexo.

BREVE DESCRIÇÃO DAS VÁRIAS VISTAS DOS DESENHOS

Um entendimento mais completo da presente invenção e suasvantagens podem ser obtidos por meio da referência à descrição a seguir,tomada em conjunto com os desenhos em anexo, nos quais numerais dereferência similares indicam recursos similares, nos quais:

A Figura 1 é um diagrama em blocos simplificado ilustrando umamodalidade do sistema de posicionamento lateral de olho da presente invenção;

A Figura 2 é um fluxograma de uma modalidade exemplar dométodo da presente invenção;

A Figura 3 é uma imagem de um olho com a pupila descentrali-zada; e

A Figura 4 é uma imagem do olho com a pupila centralizada emconformidade com os ensinamentos da presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES PREFERIDAS

Uma descrição das modalidades preferidas da presente inven-ção será a seguir apresentada com referência às Figuras 1 a 4. Um sistemade posicionamento de olho exemplar 10 é ilustrado esquematicamente naFigura 1, e um método exemplar 100 nas Figuras 2a e 2b.

Uma modalidade 100 do método para determinar uma posiçãoótima de um olho 13 com relação a um dispositivo oftálmico 11 compreendea etapa de receber dados em um processador 12 (bloco 102). Os dadoscompreendem uma imagem de uma superfície de um olho 13 que foi coleta-do (bloco 101) com, por exemplo, uma câmara de vídeo, uma máquina foto-gráfica digital, ou ainda uma câmera ou utilitário de captura de tela 14, emcomunicação com o processador 12. A imagem é coletada com o olho emuma primeira posição em relação ao dispositivo oftálmico 11 (bloco 101), etipicamente compreende uma pluralidade de pixel, com cada pixel tendo umvalor de intensidade associado ao mesmo. O dispositivo oftálmico 11 podeser, por exemplo, e sem limitação, um microcerátomo de laser de femtosse-gundo, um laser de tratamento, como, por exemplo, um laser de excímero,um aberrômetro, ou qualquer outro dispositivo oftálmico, como será conheci-do àqueles que tenham habilidade na técnica, nos quais um posicionamentolateral preciso de um olho pode ser exigido.

Um pacote de software 15, que pode estar residente em umamemória 17 (aqui mostrada como parte do processador 12), inclui um seg-mento de código para localizar uma característica de borda na imagem (blo-co 103). A memória 17 pode ser uma memória separada operacionalmenteacoplada ao processador 12, ou pode ser uma parte integrante do processa-dor 12. A característica de borda pode incluir, mas não pretende ser limitadoa, uma característica de pupila ou uma característica da íris.O processador 12 (circuito de controle) pode ser um dispositivode processamento único ou uma pluralidade de dispositivos de processa-mento. Esse dispositivo de processamento pode ser um microprocessador,um micro- controlador, um processador de sinal digital, um microcomputa-dor, uma unidade de processamento central, um arranjo de porta programá-vel em campo, um dispositivo lógico programável, uma máquina de estado,um circuito lógico, um circuito analógico, um circuito digital, e/ou qualquerdispositivo que manipule sinais (analógico e/ou digital) baseados em instru-ções operacionais. A memória 17 acoplada ao processador 12 ou ao circuitode controle pode ser um dispositivo de memória único ou uma pluralidade dedispositivos de memória. Este dispositivo de memória pode ser uma memó-ria de leitura, uma memória de acesso aleatório, uma memória volátil, umamemória não- volátil, uma memória estática, uma memória dinâmica, umamemória flash, uma memória cache, e/ou qualquer dispositivo que armazeneinformações digitais. Nota-se que, quando o microprocessador ou circuito decontrole implementa uma ou mais de suas funções através de uma máquinade estado, de um circuito analógico, de um circuito digital, e/ou de um circui-to lógico, a memória que armazena as correspondentes instruções operacio-nais pode ser embutida dentro de, ou externa a, circuitos que compreendema máquina de estado, o circuito analógico, o circuito digital, e/ou o circuitológico. A memória armazena, e o microprocessador ou o circuito de controleexecuta, instruções operacionais (por exemplo, o pacote de software 15)correspondente a, pelo menos, algumas das etapas e/ou funções ilustradase descritas em associação às Figuras 2A e 2B.

A imagem é mapeada a partir da característica de borda de mo-do a definir lateralmente a pupila, por exemplo, por meio da digitalização dacaracterística de borda a fim de localizar uma região mais escura na ima-gem. Isso pode ser realizado em um método exemplar através da definiçãode uma área retangular, ou "janela", que tem um tamanho predefinido signi-ficativamente menor que o tamanho de uma imagem, mas suficientementegrande para conter uma pluralidade de pixels (bloco 104). Esta área retangu-lar "desliza" por toda a imagem, digitalizando cada fileira até que substanci-almente toda a imagem tenha sido digitalizada (bloco 105). Para cada umadas áreas retangulares, os valores de intensidade de cada pixel dentro des-sa área são somados (bloco 106), resultando em um valor de intensidadepara cada uma dentre a pluralidade de regiões dentro de uma imagem. Umaregião com um menor valor de intensidade compreende uma região maisescura e é atribuída conter, pelo menos, uma porção da pupila (bloco 107).

Em seguida, a imagem é digitalizada radialmente para fora apartir de um pixel central da região mais escura (bloco 108). O valor de in-tensidade de cada pixel subseqüente é comparado com o valor de intensi-dade do pixel central (bloco 109). Quando o valor de intensidade do pixelexaminado em questão é igual ou inferior ao valor de intensidade do pixelcentral, o programa continua para o pixel radialmente para fora seguinte(bloco 108). Quando o valor de intensidade do pixel examinado em questãoé maior do que o valor de intensidade do pixel central, o pixel em questão éconsiderado definir um ponto no limite da pupila (bloco 110).

Este procedimento se repete por um número predeterminado devezes (bloco 111), ao longo de raios diferentes (bloco 112), com os pontosde limite de pupila coletivamente definindo o limite da pupila (bloco 113). Umcentro da pupila pode, então, ser determinado a partir dos pontos de limite(bloco 114), conforme ilustrado na Figura 3. O centro da pupila compreendeuma localização a partir da qual se obtém uma posição de olho lateral ótimacom relação ao dispositivo oftálmico 11. Uma posição lateral ótima pode serqualquer posição que coloca o olho de tal forma que o dispositivo oftálmico11 possa ser terapeuticamente eficaz para o seu fim concebido. O posicio-namento lateral ótima pode incluir o posicionamento dos olhos de tal formaque o dispositivo oftálmico 11 possa executar até os limites de suas tolerân-cias de concepção, bem como em qualquer parte dos dispositivos oftálmicosconcebidos para uma faixa terapeuticamente eficaz. Uma posição lateralótima pode ser uma posição lateral preferida de um olho com relação a umdispositivo oftálmico.

Quando o olho está em uma posição diferente de uma posiçãolateral ótima (bloco 115), conforme determinado a partir do centro de pupiladeterminado e dos parâmetros operacionais do dispositivo oftálmico preten-dido 11,o olho e o dispositivo oftálmico 11 são relativamente reposicionados(bloco 116 ) de modo a colocar o olho na posição lateral ótima (bloco 117),conforme ilustrado na Figura 4. Tal reposicionamento pode ser feito manualou automaticamente de acordo com o controle do software 15 e do proces-sador 12, por meios que serão familiares àqueles que tenham habilidade natécnica e que se destinam a estar dentro do âmbito de aplicação da presenteinvenção, como, por exemplo, por meio da utilização de um dispositivo deposicionamento 16. Por exemplo, e sem limitação, o paciente pode ser repo-sicionado manualmente, o dispositivo oftálmico 11 pode ser reposicionadomanualmente, e/ou o dispositivo oftálmico 11 ou a mesa / cadeira (por e-xemplo, o dispositivo de posicionamento 16) sobre o qual o doente é supor-tado pode ser reposicionado automaticamente por meio de sistemas de con-trole mecânicos e elétricos, ou qualquer combinação destes métodos. Umavez o olho na posição desejada, um procedimento desejado pode ser reali-zada no olho 13 usando-se o dispositivo oftálmico 11. As modalidades dapresente invenção provêm, assim, um ponto de referência de centro de pupi-la a partir do qual um posicionamento ótimo de um olho e um dispositivo of-tálmico de tratamento 11 pode ser determinado.

Na descrição acima, certos termos foram usados para fins de brevidade, cla-reza e entendimento, porém nenhuma limitação desnecessária deve ser im-plicada a partir dos mesmos além dos requisitos da técnica anterior, uma vezque essas palavras são usadas para fins de descrição no presente docu-mento e se destinam a ser amplamente interpretadas. Além disso, as moda-lidades do aparelho ilustrado e descrito no presente documento são a títulode exemplo, e o âmbito da presente invenção não se limita a estes exatosdetalhes de construção.

Claims

1. Método para determinar uma posição lateral preferida de umolho com relação a um dispositivo oftálmico, compreendendo as etapas de:receber dados compreendendo uma imagem de uma superfíciede um olho;localizar uma característica de borda na imagem, a característicade borda em uma relação conhecida à pupila de um olho;mapear a imagem a partir da característica de borda de modo adefinir lateralmente a pupila; edeterminar um centro da pupila utilizando o mapa de pupila defi-nido, o centro da pupila compreendendo uma localização a partir da qual seobtém uma posição de olho lateral relativa a um dispositivo oftálmico.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, no qual a caracterís-tica de borda é selecionado a partir de um grupo que consiste em uma ca-racterística de pupila e uma característica de íris.

3. Método de acordo com a reivindicação 1, no qual a etapa demapear etapa compreende a digitalização da característica de borda paralocalizar uma região mais escura na imagem e a definição de um limite daregião mais escura, e no qual a etapa de determinar um centro de pupilacompreende o cálculo de um centro geométrico da região mais escura.

4. Método de acordo com a reivindicação 3, no qual a etapa dedigitalizar compreende o cálculo de um valor de intensidade de cada qualdentre uma pluralidade de regiões dentro da imagem, cada região tendo umtamanho predefinido significativamente menor que um tamanho da imagem,uma região tendo um valor de intensidade menor compreendendo uma regi-ão mais escura e atribuída para conter, pelo menos, uma porção da pupila.

5. Método de acordo com a reivindicação 4, no qual a imagemcompreende uma pluralidade de pixels, e o tamanho da região é grande osuficiente para conter uma pluralidade de pixels.

6. Método de acordo com a reivindicação 5, compreendendo a-inda a etapa de digitalizar a imagem radialmente para fora a partir de umpixel central da região mais escura, o pixel central tendo um primeiro valorde intensidade, e a etapa de determinar um pixel mais próximo ao pixel cen-tral na digitalização para fora tendo um segundo valor de intensidade maiorque o primeiro valor de intensidade.

7. Método de acordo com a reivindicação 6, compreendendo a-inda as etapas de repetir e determinar a digitalização radial e pixels ao longode uma pluralidade de diferentes raios de modo a definir um limite de pupila.

8. Método de acordo com a reivindicação 1, compreendendo a-inda a etapa de, quando o olho está em uma posição diferente da posiçãolateral preferida, relativamente reposicionar o olho e o dispositivo oftálmico afim de colocar o olho na posição lateral preferida.

9. Sistema para determinar uma posição lateral preferida de umolho com relação a um dispositivo oftálmico compreendendo:um processador; eum pacote de software instalado no processador adaptado para:receber dados através do processador compreendendo uma i-magem de uma superfície de um olho, com o olho em uma primeira posiçãocom relação a um dispositivo oftálmico;localizar uma característica de borda na imagem, a característicade borda em uma relação conhecida a uma pupila do olho;mapear á imagem a partir da característica de borda de modo adefinir lateralmente a pupila; edeterminar um centro da pupila usando o mapa de pupila defini-do, o centro de pupila compreendendo uma localização a partir da qual sechega a uma posição de olho lateral preferida com relação a um dispositivooftálmico.

10. Sistema de acordo com a reivindicação 9, no qual a caracte-rística de borda é selecionada a partir de um grupo que consiste em um vasosangüíneo escleral e de uma característica de íris.

11. Sistema de acordo com a reivindicação 9, no qual o pacotede software é adaptado para obter um mapeamento de imagem por digitali-zação a partir da característica de borda de modo a localizar uma regiãomais escura na imagem e definir um limite da região mais escura, e de modoa obter a determinação do centro de pupila ao calcular um centro geométricoda região mais escura.

12. Sistema de acordo com a reivindicação 11, no qual o pacotede software é adaptado para digitalizar por meio do cálculo de um valor deintensidade para cada qual dentre uma pluralidade de regiões dentro da i-magem, cada região tendo um tamanho predefinido significativamente me-nor que o tamanho da imagem, uma região tendo um valor de intensidadecompreendendo uma região tendo um valor de intensidade menor, compre-endendo uma região mais escura e atribuída para conter, pelo menos, umaporção da pupila.

13. Sistema de acordo com a reivindicação 12, no qual a ima-gem compreende uma pluralidade de pixels, e o tamanho da região é grandeo suficiente para conter uma pluralidade de pixels.

14. Sistema de acordo com a reivindicação 13, no qual o pacotede software está mais adaptado para digitalizar a imagem radialmente parafora de um pixel central da região mais escura, o pixel central tendo um pri-meiro valor de intensidade, e determinar um pixel mais próximo do pixel cen-tral na digitalização externa tendo um segundo valor de intensidade maiorque o primeiro valor de intensidade.

15. Sistema de acordo com a reivindicação 14, no qual o pacotede software é ainda adaptado para repetir a digitalização radial e a determi-nação de pixel ao longo de uma pluralidade de diferentes raios de modo adefinir um limite de pupila.

16. Sistema de acordo com a reivindicação 15, compreendendoainda, quando o olho está em uma posição diferente da posição lateral pre-ferida, um meio para relativamente reposicionar o olho e o dispositivo oftál-mico para colocar o olho na posição lateral preferida.