SISTEMA PARA EVALUAR LA AGUDEZA VISUAL BASADO EN
PATRONES EN MOVIMIENTO
A. Zúñiga, E. Suaste
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CINVESTAV-IPN, Departamento de Ingeniería Eléctrica, Sección de Bioelectrónica. 07000 México D.F., Apdo. postal 14-740.
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RESUMEN
El presente trabajo describe los elementos necesarios para este nuevo dispositivo oftalmológico y los criterios pertinentes para poder llevar a cabo las pruebas de agudeza visual de un individuo; de forma convencional es decir en modo estático y con optotipos en movimiento.
Los elementos principales que conforman el sistema son: un galvanómetro utilizado para mover los optotipos a la frecuencia determinada por un generador de señales. Una pantalla curva que garantiza la misma distancia entre el optotipo y el observador. Un proyector hecho específicamente para exhibir los optotipos. El tamaño del optotipo proyectado debe cumplir con los valores calculados para una distancia de aproximadamente 3 m.
De los resultados parciales obtenidos se observa la frecuencia del estimulador visual en que un individuo distingue parcialmente un optotipo y cuando lo distingue con gran detalle. Por lo que se puede inferir la frecuencia de estimulación óptima donde el sujeto distingue un optotipo con gran claridad.
Palabras clave: agudeza visual, optotipos,
galvanómetro, proyector.
1. INTRODUCCIÓN
La agudeza visual es una medida de la capacidad del sistema visual para detectar, reconocer o resolver detalles espaciales. Para ello se le presentan al observador, a una distancia fija, varias pruebas de alto contraste con distintos tamaños. El tamaño del optotipo más pequeño que el observador es capaz de detectar o reconocer se toma como valor de umbral y suele expresarse en minutos de arco.
La agudeza también puede expresarse por la fracción de Snellen (en 1862 se adoptó el convenio de la agudeza visual unidad para el observador estándar) [1].
0
a a
V= (1)
Donde a es una distancia estándar a la que se coloca la carta que contiene los optotipos de tamaño progresivamente decreciente, a0 es la distancia a la cual el optotipo más pequeño reconocido por el sujeto a la distancia estándar sustentaría 1 minuto. La figura 1 muestra la letra E de Snellen de 5 minutos con detalles de 1 minuto. Basándose en esto existen cartas
optotipos calibradas para diferentes distancias. Las más comunes son de 20 pies, 6 metros y 4 metros para la agudeza de lejos y de 40 centímetros para la agudeza de cerca. Para estas distancias la unidad se expresaría como 20/20, 6/6, 4/4 y 40/40 respectivamente. Así, con una carta calibrada a 20 pies, un sujeto que tuviese una agudeza de 20/25 vería bien a 20 pies un test que subtendiera 1 minuto a 25 pies [2][3]. Por otra parte con lo que respecta a trabajos que permiten algún análisis de imágenes en movimiento, se encuentra los que analizan la percepción visual sobre una imagen bidimensional, ya sea en forma estática o en movimiento como es el caso del sistema UVE (Unidad Visual Exploratoria), que se puede aplicar a personas con nistagmo congénito[4].
Fig. 1. Letra E de Snellen.
2. METODOLOGÍA
En la figura 2 se observa a grandes rasgos los elementos que conforman el sistema. En dicha figura se ve un proyector, el cual esta constituido por una fuente luminosa variable (esto nos permite controlar el contraste del optotipo), una fibra óptica, un armazón de aluminio (construido en el laboratorio) y un zoom fotográfico (ver figura 3).
Uno de los elementos importantes del sistema es el bastidor de aluminio (el cual forma parte del proyector) porque en ella se insertan los optotipos, para luego proyectarlos. Un parámetro importante de esta pieza es que la distancia de la abertura de inserción del optotipos al zoom, en combinación con la distancia a la que se encuentra el galvanómetro de la pantalla, nos proporciona un aumento lineal de 10 veces, es decir si colocamos una dispositiva en el proyector, la figura que en el se proyecte es aumentada a un factor de 1:10. Por otra parte tenemos a los optotipos, los cuales se calcularon con la premisa de que el observador se encontraría a una distancia de 3 metros de la pantalla de proyección, por lo tanto los optotipos se expresaran como 3/3 y se utilizó las siguientes expresiones para calcularlos.
(
)
0.0833º arc 60' 1º arc 5' = (2) Memorias II Congreso Latinoamericano de Ingeniería Biomédica, Habana 2001, Mayo 23 al 25, 2001, La Habana, Cuba3m carácter del Tamaño ) º tan(0.0833 = (3)
Por lo tanto tenemos que:
Tamaño del carácter = 4.4mm (para 3/3) (4)
Fig. 2. Elementos básicos del sistema: pantalla curva, espejo, proyector, galvanómetro y el control de la frecuencia y del ángulo de
apertura del espejo.
Fig. 3. Elementos del proyector: fuente luminosa, zoom fotográfico y porta optotipos (estructura de aluminio).
De la ecuación cuatro se obtienen las demás escalas, sabiendo que estas tienen una proporción directa lineal, es decir la escala de 3/30 es diez veces más grande que la 3/3. La tabla 1 muestra los tamaños de los optotipos proyectado. Para obtener los optotipos se redujo 20 veces la carta de 6 metros (ver figura 4) con ello se obtuvo un positivo, luego se recorto cada optotipo y
posteriormente por medio de contacto por fotograbado se obtuvo el negativo de cada diapositiva es decir cada optotipo individual.
Para terminar con la parte del sistema de proyección tenemos a la guía de fibra óptica, donde en uno de sus extremos recibe luz de una fuente y el otro extremo lo envía hacia el optotipo (ver figura 5).
Por otra parte tenemos a un espejo que se encuentra montado a un galvanómetro el cual esta conectado a un dispositivo que permite controlar el ángulo de apertura y además me permite que las oscilaciones no sean muy bruscas. Este a su vez esta conectado a un generador de señales (la onda con que se estimula es sinusoidal). De este aparato podemos controlar la frecuencia de oscilación del optotipo
Tabla 1
Carta de optotiposEscala Tamaño en mm
3/30 44 3/15 22.18 3/10.5 15.26 3/7.5 11.09 3/6 8.8 3/4.5 6.65 3/3.75 5.54 3/3 4.4 3/2.25 3.33 3/1.95 2.88 3/1.5 2.2
Fig. 4. Optotipos utilizados, donde la línea número uno representa la escala 3/30, la dos la 3/15, la tres la 3/10.5 y por último la línea cuatro la 3/7.5. Como se hace una proyección con movimiento la pantalla no es plana, sino curva (ver figura 6) de esta forma se garantiza la misma distancia desde el punto de observación hacia el objeto que se encuentra en movimiento.
Con la pantalla se obtiene un ángulo visual aproximadamente de 35º; es el ángulo que se forma del observador a los extremos de la pantalla de proyección.
Zoom F Optotipo Fuente luminosa Espejo Galvanómetro Proyector E Pantalla curva Control de frecuencia
Fig. 5. Diagrama esquemático de la colocación de la fibra óptica y de la distancia entre el zoom y el espejo
Fig. 6. Pantalla donde se proyectan los optotipos, la cual esta pintada de blanco mate
Ahora que se tienen los elementos antes mencionados funcionando se procede a describir las condiciones de estudio. Primero se mide la intensidad luminosa en tres puntos distintos del recinto. La iluminación en cada punto debe ser mayor a 120 luxes y la iluminación del estímulo debe ser de 800 a 1000 luxes con el objetivo de lograr un buen contraste entre el estímulo y la iluminación.
Posteriormente se coloca al sujeto en la posición central del de la pantalla de proyección, con el ojo derecho ocluido y el izquierdo descubierto y viceversa, además debe tener la cabeza inmóvil. Entonces se procede a proyectar un carácter de prueba sin mover tal proyección. Enseguida se le pide al sujeto que observe el carácter proyectado y que mencione cuando es capaz de identificar el carácter con el mismo detalle y nitidez con el cual estaba observando el carácter de prueba. La prueba comienza con el optotipo de mayor tamaño y a una frecuencia alta, esta frecuencia es decrementada lentamente hasta el momento en que el sujeto haya identificado el optotipo y se anota la primera frecuencia, se sigue con la disminución de la frecuencia hasta que el optotipo sea apreciado con el detalle pedido y también se anota la frecuencia. Luego se
cambia el tamaño del carácter y se repite todo lo anterior expuesto, hasta terminar con todos los optotipos si es que son identificados con claridad o hasta que ya no pueda distinguirlos.
3. RESULTADOS Y DISCUSIONES
La siguiente tabla 2 muestra el promedio de los valores obtenidos al hacer las pruebas con el sistema descrito anteriormente (el número de personas a las que se les hizo la prueba de la agudeza visual fue de cinco).De la tabla 2, F1 representa la frecuencia cuando ya se identifico al carácter mostrado, y F2 es la frecuencia en la que se detecto el carácter con nitidez es decir cuando se tuvo una visualización del carácter semejante a una prueba estática.
Como se menciono anteriormente para llevar a cabo las pruebas se tuvo que medir la iluminación del recinto, los valores obtenidos son los siguientes
1. 1100 Luxes 2. 260 Luxes 3. 566 Luxes
De los resultados parciales obtenidos vemos que el optotipo se identifica con gran nitidez hasta que cae casi a la mitad de la velocidad en el que el optotipo se empieza a identificarse. Además cuando el optotipo se va decrementando se necesita también de una menor frecuencia para poderlo identificar como era de esperarse.
Tabla 2.
Promedio de los datos obtenidos
Escala F1 (Hz) F2 (Hz) 3/30 1.8 0.8 3/15 1.7 0.9 3/10.5 1.2 0.75 3/7.5 1.1 0.65 3/6 1.08 0.64 3/4.5 1.02 0.57 3/3.75 0.84 0.5
Otro aspecto que esta metodología instrumental descrita nos permite calcular la iluminación retiniana tanto para optotipos fijos como en movimiento. Su importancia es la representación de la cuantificación de la iluminación retiniana expresada en trolands (td), producto de la luminancia cd/m2 por la unidad de área pupilar de 1 mm2. El resultado del producto se muestra en la ecuación 4 [5].
E=0.0036LApτ (5) donde:
E = Iluminación retiniana (lux)
Ap = Area de la pupila en estado estático (mm2) L = Luminancia (cd/m2)
τ = Factor de perdidas de la luz, ocasionadas por los medios oculares
Un análisis de la ecuación 4 destaca las siguientes observaciones:
• distancia de la fuente de luz.
• La iluminación retiniana es proporcional tanto a la luminancia como al área pupilar.
De igual forma este equipo se ha implementado para medir la variabilidad del área pupilar en estado estable a estímulos cromáticos [6]. Estos estímulos van desde puntos hasta patrones complejos. Con la video-oculografía se registraron las respuestas pupilares del ojo y una vez almacenadas se aplica procesamiento de imágenes para obtener los cambios de área y finalmente obtener una relación entre la respuesta pupilar y la frecuencia de movimiento del optotipo.
4. CONCLUSIONES
El sistema funciona adecuadamente, se obtiene un control optimo de las oscilaciones de los optotipos y del ángulo de visión.Debido a que las pruebas se llevaron a cabo en personas adultas y por la misma edad estas ya presentan una perdida de la agudeza visual, entonces con los optotipos en movimiento esta se hace más evidente. Entonces para obtener mejores resultados también se necesitan llevar acabo pruebas a niños que a diferencia de los adultos ellos tienen una mayor agudeza visual.
Por otra parte, vale la pena mencionar que existen personas que presentan nistágmo, movimientos involuntarios del globo ocular. A las cuales se están realizando pruebas para que el movimiento atípico del ojo controle al estimulador visual y de ahí encontrar la frecuencia compensadora nistágmica, o sea, en el momento que el sujeto vea claramente los optotipos. Se deja para estudios posteriores la evaluación de la agudeza visual con figuras en lugar de letras también calibradas a una escala como se muestra en la figura 7.
Fig. 7. Otro tipo de optotipos, también utilizados para la evaluación de la agudeza visual.
AGRADECIMIENTOS
Al CONACYT por el apoyo otorgado mediante el convenio 28080-A.
REFERENCIAS
[1] D. Vaughan, T. Asbury, “Oftalmología general”, Edit. El Manual Moderno, México, D.F., 1987
[2] J. M. Artigas, P. Capilla, J. Pujol y A. Felipe, “Optica Fisiológica Psicofisica de la Visión”, Edit. Interamericana McGraw-Hill, Madrid, 1995.
[3] H. Schwartz, “Visual Perception A Clinical Ortientation”, Edit. Appleton & Lange, Norwalk Connecticut, 1994.
[4] E. Suaste, J. Leybón, D. Rodríguez, “Visual Exploration of Images”, Human Vision and Electronic Imaging III, Vol. 3299, 26-29 Enero 1998, pp. 615-624.
[5] E. Suaste, D. Rodríguez, C. Druzgalski, “Pupyllary Responses to Chromatic Stimulus”, SPIE Human Vision and Electronic Imaging, Vol. 3959, 24-27 Enero 2000, pp. 709-719.
[6] E. Suaste, E. Rodríguez, “Sistema Para Medir la Variabilidad del Ärea Pupilar en Estado Estable a Estímulos Cromáticos” , Revista Mexicana de Ingeniería Biomédica, Vol. XXI, No. 1, pp. 3-10. 2000.
