ES2653913B1 - Instrumento óptico para la medida de la densidad del pigmento macular en el ojo y método asociado - Google Patents
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Description
DESCRIPCION
Instrumento optico para la medida de la densidad del pigmento macular en el ojo y metodo asociado
Campo de la invencion
La presente invencion se refiere a un instrumento optico y a un metodo para la medida de la densidad del pigmento macular en el ojo, en especial en el ojo humano, y se enmarca dentro del campo de los sistemas oftalmicos y la oftalmologfa.
Antecedentes de la invencion
El pigmento macular se encuentra de manera natural en la macula del ojo humano, la parte de la retina asociada a la vision central de mayor nitidez (vease, por ejemplo, D. M. Snodderly, P. K. Brown, F. C. Delori, and J. D. Auran, "The macular pigment. I. Absorbance spectra, localization, and discrimination from other yellow pigments in primate retinas,” Investig. Ophthalmol. Vis. Sci., vol. 25, no. 6, pp. 660-673, 1984).
La cantidad de pigmento esta relacionada con la dieta de las personas, y se piensa que una mayor densidad se relaciona con una mayor salud de la retina. Se ha propuesto que una mayor densidad de pigmento puede ejercer un efecto protector frente a enfermedades de la retina, como la degeneracion macular asociada a la edad. Se plantea, por tanto, la hipotesis de que la pigmentation macular puede jugar un papel importante en la prevention de enfermedades oculares y las mejoras de la funcion visual (veanse, por ejemplo, L. T. Sharpe, A. Stockman, H. Knau, y H. Jagle, "Macular pigment densities derived from central and peripheral spectral sensitivity differences”, Vision Res., vol. 38, no. 21, pp. 3233-3239, 1998; y P. V. Algvere, J. Marshall y S. Seregard, "Age-related maculopathy and the impact of blue light hazard,” Acta Ophthalmol. Scand., vol. 84, no. 1, pp. 4-15, 2006).
La degeneracion macular asociada a la edad (AMD, "age-related macular degeneration”, en sus siglas en ingles) lidera las causas de ceguera de los pafses occidentales. A falta de tratamientos completamente eficaces, la prevencion es de una gran importancia. Hay una creciente evidencia de que el asesoramiento o la intervention nutricional puede reducir la incidencia de la degeneracion macular asociada a la edad o, al menos, reducir su progresion.
En particular, la modification de la dieta o la ingesta de suplementos alimenticios puede facilitar el aumento de carotenoides de la retina (lutema (L) y zeaxantina Z) que forman el pigmento macular (MP, "macular pigment”, en sus siglas en ingles) y previene la degeneration macular asociada a la edad. En tales tratamientos con suplementos, las medidas de la densidad del pigmento macular (MPD, "macular pigment density”, en sus siglas en ingles) para controlar su evolution son importantes.
Hasta la fecha, los instrumentos capaces de medir la densidad del pigmento macular han sido subjetivos o psicofisicos que operan utilizando metodos de fotometria de parpadeo heterocromatico, o dispositivos avanzados de captation de imagenes de la retina que registran imagenes hiper-espectrales (en varias longitudes de onda) de la macula y las areas de alrededor del fondo de ojo. En estos instrumentos, la densidad del pigmento macular se calcula a partir de la absorcion relativa de la parte azul del espectro que es caracteristica del espectro de absorcion del pigmento macular.
El pigmento macular del area macular de un ojo humano presenta un espectro de absorcion caracteristico, que se puede observar en la figura 1 (vease, por ejemplo, L. Gao, R. T. Smith, and T. S. Tkaczyk, "Snapshot hyperspectral retinal camera with the Image Mapping Spectrometer (IMS),” Biomed. Opt. Express, vol. 3, no. 1, p. 48, 2012).
Los dispositivos psicofisicos se llevan usando desde hace mas de tres decadas en la medicion de la densidad del pigmento macular (veanse, por ejemplo, R. A. Bone y J. M. B. Sparrock, "Comparison of macular pigment densities in human eyes,” Vision Res., vol. 11, no. 10, pp. 1057-1064, 1971; B. R. Hammond, E. J. Johnson, R. M. Russell, N. I. Krinsky, K. J. Yeum, R. B. Edwards y D. M. Snodderly, "Dietary modification of human macular pigment density,” Investig. Ophthalmol. Vis. Sci., vol. 38, no. 9, pp. 1795-1801, 1997; y J. S. Werner, S. K. Donnelly y R. Kliegl, "Aging and human macular pigment density. Appended with translations from the work of Max Schultze and Ewald Hering,” Vision Res., vol. 27, no. 2, pp.
257-268, 1987). Existen varios dispositivos comerciales basados en HFP (fotometria de parpadeo heterocromatico, "Heterochromatic Flicker Photometry” en ingles) como el MPSII (Elektron Technology, Cambridge, UK) que estan bien establecidos en la evaluation clmica de la MPOD. Sin embargo, tienen una seria limitation relativa a la naturaleza del metodo subjetivo que no resulta comprensible a todos los pacientes y que puede proporcionar resultados variables o poco consistentes.
Los metodos opticos se basan en el analisis comparative de dos imagenes del fondo de ojo registradas en la longitud de onda del azul y del verde. La intensidad en las imagenes es proporcional a la reflectancia del fondo de ojo en esas longitudes de onda. Teniendo en cuenta que la mayor parte de la luz se refleja desde las capas que estan mas atras de la retina donde se encuentra el pigmento macular, los cambios en la reflectancia pueden atribuirse a la absorcion en el mismo.
El procedimiento para determinar la densidad del pigmento macular a partir de las intensidades relativas esta establecido en la literatura (vease, por ejemplo, F. C. Delori, D. G. Goger, B. R. Hammond, D. M. Snodderly y S. A. Burns, "Macular pigment density measured by autofluorescence spectrometry: comparison with reflectometry and heterochromatic flicker photometry,” J. Opt. Soc. Am. A, vol. 18, no. 6, pp. 1212-1230, 2001). Dicho documento muestra la aplicacion de la reflectometrfa del fondo de ojo en un sistema de obtencion de imagenes. Dos imagenes registradas a diferentes longitudes de onda (azul y verde) se examinaron comparativamente para derivar la diferencia en la reflectancia del fondo de ojo. La densidad de pigmento macular puede calcularse a partir de los datos de reflectancia usando una formula apropiada.
Los metodos opticos son objetivos, a diferencia de los psicoffsicos o subjetivos; sin embargo pueden requerir componentes mas caros (tales como camaras muy sensibles) y/o elementos electro-opticos como sistemas de barrido. Por otra parte, las mediciones con estos sistemas pueden tener errores asociados a la luz ambiente o al movimiento de los ojos.
Por todo lo anterior, existe una necesidad de una nueva tecnica optica para la medida de la densidad del pigmento macular que sea mas practica, compacta, repetitiva y robusta.
Sumario de la invencion
Asf, pues, el objeto de la presente invencion es proporcionar un instrumento optico y un metodo para la medida de la densidad del pigmento macular en el ojo que resuelva los inconvenientes mencionados.
La presente invencion proporciona un Instrumento optico para la medida de la densidad del pigmento macular en el ojo, que comprende:
- una fuente de luz
- varias lentes L1, L2, L3 situadas entre la fuente de luz y el ojo a estudiar,
- un diafragma D1 conjugado en el plano de la pupila del ojo a estudiar para permitir el control de la position de entrada de la luz en el ojo,
- un fotodetector,
- un espejo M que dirige la luz de salida del ojo hacia el fotodetector,
- un diafragma D2 conjugado en el plano de la pupila del ojo, que determina el camino de salida de la luz proveniente del fondo de ojo,
- al menos una lente L4 entre el diafragma D2 y el fotodetector,
en el que la fuente de luz comprende una parte central y una parte periferica, estando la fuente de luz modulada en cuatro frecuencias diferentes correspondientes a la luz verde en la parte central, la luz verde en la parte periferica, la luz azul en la parte central y la luz azul en la parte periferica, proyectandose la fuente de luz sobre el fondo de ojo, de manera que la parte central de la fuente de luz quede proyectada sobre la macula del ojo, y de modo que la senal de respuesta del fondo de ojo se reciba en el fotodetector.
La invention tambien proporciona un metodo para la medida de la densidad del pigmento macular en el ojo que emplea un instrumento de la invencion, y que comprende las siguientes etapas:
- Proyeccion simultanea en el fondo del ojo de la luz modulada en cuatro frecuencias diferentes correspondientes a la luz verde en la parte central, la luz verde en la parte periferica, la luz azul en la parte central y la luz azul en la parte periferica, empleando la fuente de luz.
- Reception de la senal de respuesta del fondo de ojo en el fotodetector.
- La senal recibida en el fotodetector se somete a un analisis de Fourier temporal que proporciona la intensidad de luz para cada frecuencia, lo que permite diferenciar las componentes de cada color y la localization espacial en la retina.
- Calculo de la densidad del pigmento macular a partir de la reduction relativa de la reflectancia en el azul entre la periferia y la macula.
La presente invention, por tanto, proporciona un instrumento optico para la medida de la densidad del pigmento macular que es objetivo, rapido, compacto y robusto, y un metodo asociado. El instrumento no depende de las respuestas subjetivas de cada sujeto, ya que mide directamente la densidad optica del pigmento macular (de forma objetiva) y no por sus efectos visuales sobre el sujeto de la medida (de forma subjetiva).
Breve descripcion de los dibujos
A continuation se ilustrara de manera no limitativa el objeto de la presente invencion, haciendo referencia a los dibujos que se acompanan, en los cuales:
La figura 1 muestra una grafica del espectro de absorcion caracterfstico del pigmento macular del area macular de un ojo humano, empleada en la tecnica anterior.
La figura 2 muestra el principio de reflectometrfa del fondo de ojo, empleado en la tecnica anterior.
La figura 3 muestra el principio de reflectometrfa del fondo de ojo aplicado en el dominio de Fourier.
La figura 4 muestra un esquema del instrumento optico de la invencion para llevar a cabo la proyeccion de la luz en el fondo de ojo y la grabacion de la senal reflejada.
La figura 5 muestra una realization de una fuente de luz que comprende dos fuentes de luz separadas.
Descripcion detallada de la invencion
La figura 1 muestra una grafica del espectro de absorcion caracterfstico del pigmento macular del area macular de un ojo humano.
En la figura 2 se observa de manera esquematica una section de un ojo humano, en la que la luz reflejada desde la macula M se atenua debido al pigmento macular. En esta figura (perteneciente a la tecnica anterior) la luz azul aparece representada en continuo y la luz verde en punteado. La reduction relativa de la reflectancia en el azul (entre la periferia 204 y la macula 202) utilizando como referencia el verde (al cual no afecta el pigmento macular; periferia 203 y macula 201) puede usarse para calcular la densidad de pigmento macular.
La figura 3 muestra el principio de reflectometrfa del fondo de ojo aplicado en el dominio de Fourier. Una fuente de luz 400 que tiene una parte central 401 y una parte periferica 402 se proyecta sobre el fondo de ojo humano de tal manera que la parte central 401 queda proyectada sobre la macula M. La fuente de luz 400 presenta una combination 404 de fuentes de luz verde y de luz azul, ambas distribuidas en la parte central 401 y en la parte periferica 402 de la fuente 400.
Las fuentes de luz se modulan en cuatro frecuencias diferentes f1, f2, f3 y f4, correspondiendo al centro del verde, periferia del verde, centro del azul y periferia del azul, respectivamente. La senal de respuesta del fondo de ojo es recibida en el detector 420. El analisis de Fourier pone de manifiesto la amplitud para cada frecuencia. Sabiendo que frecuencia corresponde con cada longitud de onda y localization (centro o periferia) se puede calcular la densidad del pigmento macular como se ha descrito anteriormente.
Las frecuencias de modulation estan en un rango de entre 100 Hz y 100000 Hz.
La figura 4 muestra un esquema de la disposition optica para llevar a cabo la proyeccion de la luz en el fondo de ojo y la grabacion de la senal reflejada de la invention. Una fuente de luz 500 tiene una parte central 501 y una parte periferica 502. Una combination de lentes 510 y diafragmas 515 proyecta la fuente de luz sobre el fondo de ojo de tal manera que la parte central 501 se proyecta sobre la cornea. La fuente de luz 500 se modula en cuatro frecuencias diferentes correspondientes al centro del verde, periferia del verde, centro del azul y periferia del azul. La senal de respuesta del fondo de ojo se recibe en el detector 520. El analisis de Fourier pone de manifiesto la amplitud para cada frecuencia. Conociendo que frecuencia corresponde con cada longitud de onda y localization (centro o periferia) se puede calcular la densidad del pigmento macular. Una o mas camaras 530 aseguran la alineacion del sistema con el ojo bajo investigation.
La figura 5 muestra una posible construction de una fuente de luz que comprende dos fuentes de luz separadas (cada una caracterizada por una parte central y una parte periferica) donde las dos fuentes tienen las longitudes de onda deseadas (azul y verde) y las dos fuentes se combinan con un espejo dicroico apropiado que permite la transmision de la longitud de onda verde, mientras que refleja la longitud de onda azul. ) La luz azul aparece representada en continuo y la luz verde en punteado.
Segun una realization, la fuente de luz se compone de una parte central y una parte periferica, distribuidas en una disposition de anillo. La fuente de luz se modula en cuatro frecuencias diferentes correspondientes al centro (verde), periferia (verde), centro (azul) y periferia (azul). En una realization la longitud de onda de la luz azul esta entre 440 nm y 490 nm y es producida por Diodos de Emision de Luz (en ingles, LEDs); asimismo, la longitud de onda de la luz verde esta entre 530 nm y 580 nm y es emitida por otros LEDs. Las partes centrales y perifericas de la fuente de luz presentan paredes opacas concentricas que separan los LEDs de luz verde y de luz azul que estan encerrados tanto en la parte central como en la parte periferica de la fuente. Debe disponerse de una electronica apropiada que permita el control de cada grupo de LEDs por separado a la frecuencia de modulation deseada. Una combination apropiada de lentes y diafragmas forma imagenes de la fuente de luz de LEDs sobre la retina del ojo. La fuente de luz se proyecta sobre el fondo de ojo de tal manera que la parte central se proyecta sobre la macula (centro de la fovea). Esto se logra pidiendole al sujeto que mire al centro de la fuente mediante estfmulos de fijacion.
Un sistema telescopico conjuga opticamente un diafragma D1 en zonas deseadas de la pupila del ojo. Ademas, un segundo diafragma D2 similar se coloca delante del detector 520 conjugado con una parte diferente de la pupila. De esta manera, la luz que llega al detector 520 es la luz proveniente exclusivamente del fondo de ojo, eliminando la que ha reflejado en otros medios oculares, principalmente la cornea.
La luz reflejada en el fondo de ojo se registra por el fotodetector 520. Un analisis de Fourier computacional proporciona la intensidad de luz para cada frecuencia. Conociendo que frecuencia corresponde con cada longitud de onda y localization (centro o periferia) se determina la densidad del pigmento macular. Una o mas camaras adicionales 530 se pueden usar para el alineamiento del ojo durante el registro de las imagenes.
Aunque se han descrito y representado unas realizaciones de la invention, es evidente que pueden introducirse en ellas modificaciones comprendidas dentro de su alcance, no
debiendo considerarse limitado este a dichas realizaciones, sino unicamente al contenido de las reivindicaciones siguientes.
Claims (10)
1.- Instrumento optico para la medida de la densidad del pigmento macular en el ojo, que comprende:
- una fuente de luz (500),
- varias lentes L1, L2, L3 situadas entre la fuente de luz y el ojo a estudiar,
- un diafragma D1 conjugado en el plano de la pupila del ojo a estudiar para permitir el control de la position de entrada de la luz en el ojo,
- un fotodetector (520),
- un espejo M1 que dirige la luz de salida del ojo hacia el fotodetector (520),
- un diafragma D2 conjugado en el plano de la pupila del ojo, que determina el camino de salida de la luz proveniente del fondo de ojo,
- al menos una lente L4 entre el diafragma D2 y el fotodetector (520),
caracterizado por que la fuente de luz (500) comprende una parte central (501) y una parte periferica (502), estando la fuente de luz (500) modulada en cuatro frecuencias diferentes correspondientes a la luz verde en la parte central, la luz verde en la parte periferica, la luz azul en la parte central y la luz azul en la parte periferica, proyectandose la fuente de luz (500) sobre el fondo de ojo, de manera que la parte central (501) de la fuente de luz (500) quede proyectada sobre la macula del ojo, y de modo que la senal de respuesta del fondo de ojo se reciba en el fotodetector (520).
2.- Instrumento optico para la medida de la densidad del pigmento macular en el ojo, segun la revindication 1, caracterizado por que la parte central (501) y la parte periferica (502) de la fuente de luz (500) tienen una disposition tal que la parte periferica (502) tiene forma de anillo que rodea a la parte central (501).
3. - Instrumento optico para la medida de la densidad del pigmento macular en el ojo, segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la luz verde y la luz azul son producidas por Diodos de Emision de Luz.
4. - Instrumento optico para la medida de la densidad del pigmento macular en el ojo, segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la longitud de onda de la luz azul esta entre 440 nm y 490 nm y la longitud de onda de la luz verde esta entre 530 nm y 580 nm.
5. - Instrumento optico para la medida de la densidad del pigmento macular en el ojo, segun la reivindicacion 3 o 4, caracterizado por que la parte central (501) y la parte periferica (502) de la fuente de luz (500) comprenden paredes opacas concentricas que separan los Diodos de Emision de Luz verde de los Diodos de Emision de Luz azul.
6. - Instrumento optico para la medida de la densidad del pigmento macular en el ojo, segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que comprende adicionalmente al menos una camara (530).
7. - Instrumento optico para la medida de la densidad del pigmento macular en el ojo, segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la fuente de luz (500) comprende a su vez dos fuentes de luz separadas, una de luz verde y una de luz azul, cada una de ellas con una parte central (501) y una parte periferica (502), con un espejo dicroico situado delante de ambas fuentes de luz, de modo que las luces que emiten inciden en el espejo dicroico, que puede transmitir la luz verde a la vez que refleja la luz azul.
8. - Instrumento optico para la medida de la densidad del pigmento macular en el ojo, segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que las frecuencias de modulation estan en un rango de entre 100 Hz y 100000 Hz.
9. - Metodo para la medida de la densidad del pigmento macular en el ojo, que emplea un instrumento de las reivindicaciones 1-7, caracterizado por que comprende las siguientes etapas:
- Proyeccion simultanea en el fondo del ojo de la luz modulada en cuatro frecuencias diferentes correspondientes a la luz verde en la parte central, la luz verde en la parte
periferica, la luz azul en la parte central y la luz azul en la parte periferica, empleando la fuente de luz.
- Recepcion de la senal de respuesta del fondo de ojo en el fotodetector (520).
- La senal recibida en el fotodetector (520) se somete a un analisis de Fourier temporal que proporciona la intensidad de luz para cada frecuencia, lo que permite diferenciar las componentes de cada color y la localization espacial en la retina.
- Calculo de la densidad del pigmento macular a partir de la reduction relativa de la reflectancia en el azul entre la periferia y la macula.
10.- Metodo para la medida de la densidad del pigmento macular en el ojo, segun la reivindicacion 9, que emplea el instrumento de la reivindicacion 6, caracterizado por que comprende adicionalmente el alineamiento del ojo durante el registro de las imagenes mediante al menos una camara (530).
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