Microscopio de reflexión para examen del endotelio corneal y método de funcionamiento del mismo.

Un método para hacer funcionar un aparato microscopio de reflexión del endotelio,

comprendiendo el aparato un cabezal óptico (1) que comprende: un sistema de iluminación (16, 17, 18, 36), para iluminar de forma oblicua a lo largo de un eje de proyección lateral (13) a través de una hendidura (18) la superficie de un globo ocular del ojo de un sujeto (7); un sistema óptico de observación de la parte frontal de un ojo (12, 29, 2) a lo largo de un canal central (15) en el que una luz indicadora de alineamiento de uso (8) para ajuste posicional del centro óptico de adquisición de imágenes se proyecta hacia el ojo (7) y la mancha luminosa reflejada resultante es recibida y convertida en una imagen por una cámara (2) que comprende un sensor óptico digital; y un sistema óptico de adquisición de imágenes aumentadas (24, 25, 26, 27) dispuesto a lo largo de un eje de reflexión lateral (14) para observación u obtención de fotografías aumentadas de la parte del sujeto mediante dicha cámara digital (2) en base a una luz de iluminación en hendidura con la que ha sido iluminada la superficie del globo ocular; comprendiendo además el aparato medios impulsores (6) para mover el cabezal óptico (1) a lo largo de tres direcciones cartesianas que comprenden una dirección de avance (Z-) paralela a dicho canal central (15) y direcciones de alineamiento transversales (X-, Y-), y medios de control de CPU (3) para controlar automáticamente dichos medios impulsores (6), dicho sistema de iluminación y dicho sistema óptico de la parte frontal del ojo; comprendiendo el método un procedimiento de alineamiento en el que dicho cabezal óptico (1) se mueve a lo largo de dichas direcciones de alineamiento (X-, Y-) de modo que dicha mancha luminosa reflejada y dicho sensor óptico de la cámara estén mutuamente centrados, y un procedimiento de adquisición de imágenes de endotelio en el que dicho cabezal óptico (1) se mueve a lo largo de dicha dirección de avance (Z-), estando el procedimiento de adquisición de imágenes del endotelio caracterizado por que comprende las siguientes etapas:

verificar constantemente el nivel de gris dentro de un área de verificación (34) de dicho sensor de la cámara, durante el avance a lo largo la dirección de avance (Z-), estando dicha área de verificación (34) desplazada hacia el borde del sensor correspondiente al lado de entrada de la reflexión de dicha luz de hendidura, desplazándose en respuesta a dicho movimiento del cabezal óptico a lo largo de la dirección de avance (Z-);

cuando dicho nivel de gris alcanza un valor umbral predeterminado, desencadenar un tiempo de retardo (Δt); y cuando transcurre dicho tiempo de retardo (At), permitir la adquisición de una o más imágenes del endotelio por la cámara digital (2).

Microscopio de reflexión para examen del endotelio corneal y método de funcionamiento del mismo Campo de la invención

La presente invención se refiere a un nuevo aparato microscopio de reflexión del endotelio sin contacto que permite obtener automáticamente la imagen del endotelio y visualizar parámetros clínicamente útiles tales como el número y la densidad de las células, forma, superficie, área mínima, máxima y media, desviación típica, coeficiente de variación, porcentaje de células de diversas formas, histograma de distribución del área, histograma de distribución del perímetro.

Antecedentes de la invención

El endotelio es la capa más interna de los tejidos que forman la córnea, y consta de una única capa de células poligonales planas. La función del endotelio es ajustar el contenido de agua, permitiendo una hidratación adecuada de la córnea. La forma y cantidad de las células influyen en la calidad de la visión. La transparencia de la córnea está sometida a un equilibrio muy delicado, y una serie de enfermedades pueden producir una pérdida de la transparencia.

Las células del endotelio son de forma hexagonal en los niños y en las personas jóvenes. No se reproducen y, en el momento del nacimiento, la densidad es de aproximadamente 4 células por milímetro cuadrado pero a medida que pasan los años el número disminuye y las células cambian su forma. La densidad promedio en un adulto se vuelve de 27 células por milímetro cuadrado, en un intervalo de 16 a 32 células por milímetro cuadrado. La pérdida de células produce dos cambios morfológicos principales: la presencia de células con diferente área superficial, y el incremento de la cantidad de células con una forma diferente de la forma hexagonal básica.

La evaluación del endotelio de la córnea es útil para tener una primera indicación clínica respecto los riesgos de una etapa quirúrgica, y para verificar una suposición diagnóstica o la eficacia de una terapia. En este tipo de evaluación, es muy importante observar partes heterogéneas, tales como zonas intracelulares e intercelulares con ausencia de reflectancia (manchas oscuras), zonas hiperreflectantes (manchas brillantes), zonas vacías en la capa de células (guttata), burbujas, líneas de rotura de la membrana de Descemet.

Dichas partes pueden ser verificadas en relación con la evolución de diferentes enfermedades del endotelio de naturaleza inflamatoria o distrófica. La evaluación de la cantidad permite asignar a un determinado campo fotográfico un parámetro numérico útil para el estudio de las variaciones del endotelio a lo largo del tiempo, o para la comparación entre diferentes pacientes.

El parámetro más fácilmente accesible es la densidad celular promedio, obtenida por comparación o contando los elementos celulares. El primer método se lleva a cabo comparando las dimensiones celulares con las dimensiones de los retículos hexagonales que corresponden a determinadas densidades. El recuento de los elementos celulares, en su lugar, se lleva a cabo usando retículos fijos o variables.

Los dos métodos no proporcionan información sobre la evolución de las dimensiones celulares. Esto puede obtenerse identificando, más allá de la dimensión del área celular promedio y su variabilidad, también los perímetros de las células. La observación microscópica por reflexión del endotelio fue introducida por primera vez en la práctica oftalmológica alrededor de 196 por David Maurice quién, modificando un microscopio metalográfico, fue capaz de obtener imágenes fotográficas del endotelio corneal de un conejo. Aprovechando los mismos principios teóricos, posteriormente se propuso un microscopio capaz de realizar fotografías del endotelio sin entrar en contacto con el ojo.

El aparato microscopio de reflexión sin contacto se deriva generalmente de lámparas de hendidura normales con un microscopio de muchos aumentos. El principio técnico en el que se basan es la visualización de una estructura determinada en relación con su capacidad de reflejar un rayo de luz incidente usado para la iluminación. En la técnica usada habitualmente (triangulación), el ángulo de observación es de aproximadamente 45°, estando el microscopio colocado de modo que el eje bisector del ángulo de visión es perpendicular al plano tangente a la superficie corneal.

La microscopía endotelial sin contacto está particularmente indicada en todos los casos donde el contacto con la córnea puede ser peligroso y, por lo tanto, inmediatamente después de la cirugía o cuando existe una fragilidad estructural extrema de la córnea. Con la integración del microscopio con técnicas de análisis de imágenes, el aparato es capaz de proporcionar además una descripción cuantitativa del tejido del endotelio, expresada mediante la densidad celular promedio y parámetros morfométricos específicos.

Un microscopio endotelial sin contacto de acuerdo con la técnica anterior se muestra, por ejemplo, en la solicitud de patente europea n° EP628281. La unidad óptica en este aparato comprende un sistema de iluminación, para iluminar

de forma oblicua a través de una hendidura la superficie de un globo ocular del ojo de un sujeto, y un sistema óptico de observación de la parte frontal del ojo en el que una luz indicadora de alineamiento de uso para ajuste posicional del eje óptimo de adquisición de imágenes se proyecta hacia el eje y la luz reflejada resultante es recibida y proyectada en una imagen mediante una cámara de TV. Un sistema óptico de adquisición de imágenes aumentadas también está provisto para observación aumentada u obtención de fotografías aumentadas de la parte del sujeto por la cámara de TV en base a la luz de iluminación por la hendidura con la que la superficie del globo ocular ha sido iluminada.

Un fotodetector está dispuesto para detectar una posición en la que el sistema óptico de adquisición de imágenes aumentadas se ha centrado en la parte del sujeto, mediante una trayectoria óptica reflejada diferente de aquella mediante la cual la imagen aumentada se ha formado mediante el sistema óptico de adquisición de imágenes aumentadas. Toda la unidad óptica se mueve automáticamente tanto en una dirección transversal como en una dirección hacia el ojo, en respuesta a la ubicación de la luz indicadora mencionada anteriormente tal como se visualiza en una pantalla de un monitor de video, de modo que la ubicación persigue una posición especificada en la pantalla. La imagen visual aumentada de la sección de la córnea del sujeto es fotografiada de este modo mediante la cámara de TV cuando el fotodetector detecta el enfoque.

El sistema escrito anteriormente, con el uso de un fotodetector de detección de enfoque colocado a lo largo de una trayectoria óptica reflejada suplementaria, hace al aparato sofisticado y, por lo tanto, costoso de producir y mantener para tener resultados fiables.

Sumario de la invención

El aparato de acuerdo con la invención permite realizar el ensayo del endotelio sin el uso de sensores, fotosensores u otros dispositivos colocados en una trayectoria óptica reflejada. Se obtiene una imagen del endotelio de mayor calidad con un uso reducido de componentes electrónicos y esto con mayor fiabilidad, completitud y flexibilidad de uso en comparación con la técnica anterior.

Las características esenciales del aparato microscopio para el análisis morfométrico del endotelio de la córnea con adquisición directa de imágenes de acuerdo con la invención se definen mediante la primera de las reivindicaciones adjuntas.

Breve descripción de los dibujos

Las características y ventajas del aparato microscopio para el análisis morfométrico del endotelio de la córnea con adquisición directa de imágenes de acuerdo con la presente invención quedarán más claras mediante la siguiente descripción de realizaciones de la misma, que se da puramente como un ejemplo y no es limitante, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

la figura 1 es un diagrama de trayectoria óptica de una primera realización del aparato de acuerdo con la invención;

- la figura 2 es un diagrama de trayectoria óptica de una segunda realización del aparato de acuerdo con la invención;

- la figura 3 es un diagrama de bloques que representa la configuración del hardware de un aparato de acuerdo con la invención;

- las figuras 4 y 5 son vistas explicativas que muestran imágenes respectivas visualizadas en la pantalla de un monitor durante los procedimientos de adquisición de imágenes de acuerdo con la invención;

- la figura 6 representa esquemáticamente reflexiones obtenidas con el aparato; y

- las figuras 7 a 9 son diagramas... [Seguir leyendo]

1. Un método para hacer funcionar un aparato microscopio de reflexión del endotelio, comprendiendo el aparato un cabezal óptico (1) que comprende: un sistema de iluminación (16, 17, 18, 36), para ¡luminar de forma oblicua a lo largo de un eje de proyección lateral (13) a través de una hendidura (18) la superficie de un globo ocular del ojo de un sujeto (7); un sistema óptico de observación de la parte frontal de un ojo (12, 29, 2) a lo largo de un canal central (15) en el que una luz indicadora de alineamiento de uso (8) para ajuste posicional del centro óptico de adquisición de imágenes se proyecta hacia el ojo (7) y la mancha luminosa reflejada resultante es recibida y convertida en una imagen por una cámara (2) que comprende un sensor óptico digital; y un sistema óptico de adquisición de imágenes aumentadas (24, 25, 26, 27) dispuesto a lo largo de un eje de reflexión lateral (14) para observación u obtención de fotografías aumentadas de la parte del sujeto mediante dicha cámara digital (2) en base a una luz de iluminación en hendidura con la que ha sido iluminada la superficie del globo ocular; comprendiendo además el aparato medios impulsores (6) para mover el cabezal óptico (1) a lo largo de tres direcciones cartesianas que comprenden una dirección de avance (Z-) paralela a dicho canal central (15) y direcciones de alineamiento transversales (X-, Y-), y medios de control de CPU (3) para controlar automáticamente dichos medios impulsores (6), dicho sistema de iluminación y dicho sistema óptico de la parte frontal del ojo; comprendiendo el método un procedimiento de alineamiento en el que dicho cabezal óptico (1) se mueve a lo largo de dichas direcciones de alineamiento (X-, Y-) de modo que dicha mancha luminosa reflejada y dicho sensor óptico de la cámara estén mutuamente centrados, y un procedimiento de adquisición de imágenes de endotelio en el que dicho cabezal óptico (1) se mueve a lo largo de dicha dirección de avance (Z-), estando el procedimiento de adquisición de imágenes del endotelio caracterizado por que comprende las siguientes etapas:

verificar constantemente el nivel de gris dentro de un área de verificación (34) de dicho sensor de la cámara, durante el avance a lo largo la dirección de avance (Z-), estando dicha área de verificación (34) desplazada hacia el borde del sensor correspondiente al lado de entrada de la reflexión de dicha luz de hendidura, desplazándose en respuesta a dicho movimiento del cabezal óptico a lo largo de la dirección de avance (Z-); cuando dicho nivel de gris alcanza un valor umbral predeterminado, desencadenar un tiempo de retardo (At); y cuando transcurre dicho tiempo de retardo (At), permitir la adquisición de una o más imágenes del endotelio por la cámara digital (2).

2. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicha área de verificación es una tira o banda que se extiende verticalmente por al menos una sección central del sensor.

3. El método de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en el que dicho nivel de gris se verifica mediante cálculos de la media en todos los píxeles incluidos en dicha área de verificación (34).

4. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho tiempo de retardo (At) controla el encendido de medios de iluminación suplementarios (2) dispuestos en dicho eje de proyección lateral (13).

5. El método de acuerdo con la reivindicación 4, en el que dichos medios de iluminación suplementarios comprenden una lámpara de destellos (2), siendo emitida una señal de encendido desde dicha unidad de CPU (3) a dicha lámpara de destellos con cierta antelación con respecto al transcurso de dicho tiempo de retardo (At).

6. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que se toman una pluralidad de imágenes del endotelio y a continuación se selecciona la de mayor calidad.

7. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho procedimiento de alineamiento comprende las siguientes etapas:

tomar imágenes de forma continua de dicha mancha luminosa reflejada;

en cada fotograma adquirido, identificar todos los píxeles en los que el nivel de gris está dentro de cierto intervalo predeterminado, para identificar todos los puntos que pertenecen a la mancha luminosa reflejada por la córnea; evaluar el centro de dicha mancha luminosa;

estimar la distancia entre el centro de dicha mancha luminosa y el centro de dicho sensor;

cambiar la posición de dicho cabezal óptico mediante dichos motores impulsores (6) hasta que dicha distancia

está por debajo de un valor predeterminado; y

desencadenare! inicio de dicho procedimiento de adquisición de imágenes del endotelio.

8. El método de acuerdo con la reivindicación 7, en el que el procedimiento se detiene o no comienza si el centro de dicha mancha luminosa está fuera de una primera área de control más grande (32) que tiene su centro en el centro de dicho sensor y perfilada para desechar los bordes del sensor.

9. El método de acuerdo con la reivindicación 8, en el que el comienzo de dicho procedimiento de adquisición de imágenes del endotelio se desencadena cuando el centro de dicha mancha luminosa reflejada está dentro de una segunda área de control más pequeña (33) que tiene su centro en el centro de dicho sensor.

1. El método de acuerdo con la reivindicación 9, en el que dicha área de control más pequeña (33) consta de un único píxel.

11. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 7 a 1, en el que el centro de dicha mancha

luminosa reflejada se evalúa calculando la media, la varlanza y la desviación típica de las coordenadas (X-, Y-) de

todos los píxeles en la mancha luminosa reflejada, con referencia a un punto de referencia fijo del sensor de la cámara.

12. Un aparato microscopio de reflexión del endotello que comprende un cabezal óptico (1) que comprende: un 1 sistema de iluminación (16, 17, 18, 36), para ¡luminar de forma oblicua a lo largo de un eje de proyección lateral (13)

a través de una hendidura (18) la superficie de un globo ocular del ojo de un sujeto (7); un sistema óptico de observación de la parte frontal de un ojo (12, 29, 2) a lo largo de un canal central (15) en el que una luz Indicadora de alineamiento de uso (8) para ajuste posicional del centro óptico de adquisición de imágenes se proyecta hacia el ojo (7) y la mancha luminosa reflejada resultante es recibida y convertida en una imagen por una cámara (2) que 15 comprende un sensor óptico digital; y un sistema óptico de adquisición de imágenes aumentadas (24, 25, 26, 27)

dispuesto a lo largo de un eje de reflexión lateral (14) para observación u obtención de fotografías aumentadas de la parte del sujeto mediante dicha cámara digital (2) en base a una luz de iluminación en hendidura con la que ha sido iluminada la superficie del globo ocular; comprendiendo además el aparato medios impulsores (6) para mover el cabezal óptico (1) a lo largo de tres direcciones cartesianas que comprenden una dirección de avance (Z-) paralela a 2 dicho canal central (15) y direcciones de alineamiento transversales (X-, Y-), y medios de control de CPU (3) para controlar automáticamente dichos medios Impulsores (6), dicho sistema de iluminación y dicho sistema óptico de la parte frontal del ojo; estando la unidad de control de CPU caracterizada por que está implementada con Instrucciones de software para llevara cabo el método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores.