SISTEMA PARA EVALUAR LA AGUDEZA VISUAL BASADO EN

Memorias II Congreso Latinoamericano de Ingeniería Biomédica, Habana 2001, Mayo 23 al 25, 2001, La Habana, Cuba
SISTEMA PARA EVALUAR LA AGUDEZA VISUAL BASADO EN
PATRONES EN MOVIMIENTO
A. Zúñiga, E. Suaste.
CINVESTAV-IPN, Departamento de Ingeniería Eléctrica, Sección de Bioelectrónica.
07000 México D.F., Apdo. postal 14-740.
[email protected], [email protected]
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
galvanómetro, proyector.
visual,
2. METODOLOGÍA
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].
a
a0
Fig. 1. Letra E de Snellen.
optotipos,
1. INTRODUCCIÓN
V=
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].
(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
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.
(5' arc)
1º 
 = 0.0833º
 60' arc 
950-7132-57-5 (c) 2001, Sociedad Cubana de Bioingeniería, artículo 00171
(2)
tan(0.0833º ) =
Tamaño del carácter
3m
(3)
Por lo tanto tenemos que:
Tamaño del carácter = 4.4mm (para 3/3)
(4)
Pantalla curva
E
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
Proyector
Espejo
Galvanómetro
Carta de optotiposEscala
3/30
3/15
3/10.5
3/7.5
3/6
3/4.5
3/3.75
3/3
3/2.25
3/1.95
3/1.5
Tamaño en mm
44
22.18
15.26
11.09
8.8
6.65
5.54
4.4
3.33
2.88
2.2
Control de frecuencia
Fig. 2. Elementos básicos del sistema: pantalla curva, espejo,
proyector, galvanómetro y el control de la frecuencia y del ángulo de
apertura del espejo.
F
Optotipo
Zoom
Fuente luminosa
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
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.
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
Fig. 5. Diagrama esquemático de la colocación de la fibra óptica
y de la distancia entre el zoom y el espejo
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.
2.
3.
1100 Luxes
260 Luxes
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.
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
Escala
3/30
3/15
3/10.5
3/7.5
3/6
3/4.5
3/3.75
Tabla 2.
Promedio de los datos obtenidos
F1 (Hz)
F2 (Hz)
1.8
0.8
1.7
0.9
1.2
0.75
1.1
0.65
1.08
0.64
1.02
0.57
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:
• La iluminación retiniana es independiente de la
•
•
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 videooculografía 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.
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.
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.
SYSTEM TO TEST THE VISUAL SHARPNESS BY
PATTERNS IN MOVEMENT
ABSTRACT
The present work describes the necessary elements and the pertinent approaches to be able
the tests of the visual sharpness of an individual in a conventional way: in static way and
with optic-types in movement.