CAMPO DE LA INVENCIÓN

Esta invención se relaciona con dispositivos ópticos de reconstrucción 3D, particularmente a dispositivos y métodos de procesamiento de imágenes para hacer una reconstrucción 3D sobre una superficie, en particular una superficie cutánea para detectar o analizar pápulas formadas por reacciones alérgicas en la piel.

DESCRIPCIÓN DEL ESTADO DE LA TÉCNICA

Las pruebas cutáneas para alergias son muy importantes en el campo de la medicina porque permiten determinar los riesgos de ciertos tratamientos sobre las personas que los necesitan. Las pruebas cutáneas para diagnosticar enfermedades alérgicas sirven para establecer la etiología de rinitis alérgica, asma, urticaria, alergia a los alimentos y dermatitis de contacto. La prueba cutánea de puntura para reacción tipo I y la prueba de parche para la reacción tipo IV, son los test más usados.

La técnica tradicional en este tipo de prueba consiste en la aplicación de una gota del extracto alergénico sobre la piel, generalmente el antebrazo o la espalda. Luego se pincha la piel con una lanceta para que el alérgeno penetre bajo la superficie de la piel y desencadena la reacción alérgica. La lectura se realiza pasados 15 a 20 minutos, en donde el resultado es positivo si se observa una pápula con un diámetro superior a 3mm y un eritema de área variable.

Para realizar el procedimiento se limpia la piel con alcohol isopropílico o etílico al 70% y se deja secar por evaporación. Se marcan los puntos, en que se practicará la prueba, con un bolígrafo dejando una separación de 2 cm entre ellos. Se coloca una gota de solución de la sustancia alergénica, al lado de cada marca efectuada. Se introduce una aguja o lanceta, a través de la gota y se levanta ligeramente la piel evitando que sangre.

En muchos servicios de procedimientos que realizan pruebas cutáneas para la detección o diagnóstico de alergias, continúan utilizando las escalas donde se considera la prueba positiva +: diámetro de 3-9 mm; positiva ++: diámetro de 10-14 mm; positiva +++: diámetro de 15-19 mm y positiva ++++: diámetro superior a 19 mm.

Así, en el estado de la técnica se encuentran métodos para medir pápulas y detectar alergias a través de la representación tridimensional de la superficie de la piel, como por ejemplo los divulgados por el documento W02014140215 y el artículo DOI: 10.111 l/j .1365-2230.2008.02897.X.

El documento W02014140215, divulga un método que incluye aplicar un primer filtro sobre el área y un segundo filtro intermedio de la misma. Con estos filtros, se filtra cualquier irregularidad de la representación tridimensional, por debajo del tamaño predeterminado para generar la primera representación intermedia. Un segundo filtro se aplica para encontrar un segundo tamaño predeterminado. A continuación, la primera representación intermedia es restada a la segunda representación intermedia y se obtiene una representación tridimensional de las pápulas, y finalmente se miden las dimensiones que se quieran medir de las pápulas, diámetro o volumen. Estas representaciones intermedias pueden ser filtros de reducción de ruido como pelo, y otras imperfecciones de la piel. El segundo filtro puede incluir un filtro de suavizado que puede eliminar las pápulas muy pequeñas o las más grandes dependiendo de una anticipación máxima de tamaño.

Además, el dispositivo divulgado en el documento W02014140215, comprende una base en reposo para recibir un antebrazo de una persona en una primera dirección; un generador de haz de luz para emitir un haz de luz, siendo el generador de haz de luz móvil a lo largo de la primera dirección y un sensor que está acoplado operativamente al generador de haz de luz para moverse con el generador de haz de luz y recibir la reflexión desde el haz de luz emitido sobre el antebrazo, en el que el dispositivo está configurado para generar una representación tridimensional de al menos una porción de dicho antebrazo.

Esta configuración presenta una unidad que debe moverse mientras escanea sobre la piel del paciente, esto requiere que cuando la unidad está en movimiento el paciente debe mantenerse quieto ya que de no hacerlo puede agregar ruido a la lectura, lo que puede obligar a realizar el escaneo otra vez, lo cual representa una desventaja El documento R. V. Dos Santos, A. Mlynek, H. C. Lima, P. Martas, M. Maurer Beyond fíat weals: validation of a three - dimensional imaging technology that will improve skin allergy research, doi: 10.1 l l l/j.1365-2230.2008.02897. x (Pl), enseña que se pueda utilizar un dispositivo de reconstrucción 3D comercial, para medir pápulas en la piel y obtener resultados más consistentes en las pruebas cutáneas de alergias. Una desventaja de esta invención es que el escaneo lo realiza sobre una sola pápula en la piel, y no es capaz de escanear una superficie deseada, como por ejemplo todo un antebrazo o la espalda de un paciente, para hacer en un solo escaneo, una prueba completa de pápulas en la piel.

La idea de digitalizar y medir las pápulas con ayuda de un computador es válida para mejorar el diagnóstico y otorgar más datos para futuros estudios al respecto de alergias.

Lo anterior indica que se requiere una invención que mejore el estudio de las alergias y el estudio de detección en pápulas en la piel que sea versátil, de una manera en la que sólo sea necesario una fotografía instantánea sobre la superficie de estudio, y obteniendo datos 3D de la superficie de la piel sin que el movimiento del paciente pueda interferir en la adquisición de los datos y disminuir la posibilidad de errores en las medidas.

Breve descripción de la invención

La presente invención hace referencia a un dispositivo y un método implementado por computador para la reconstrucción 3D de pápulas en la piel hechas para una prueba cutánea de alergias. A diferencia del arte previo, el escaneo del presente invento se realiza con una sola imagen, lo que reduce la posibilidad de errores humanos durante la medición. Así mismo, el presente invento solventa la necesidad de entrar en contacto con el paciente y se le exige menos tiempo inmóvil, lo que mejora aún más la medición y el proceso de reconstrucción.

Además se enseña un dispositivo de reconstrucción 3D de la superficie de la piel para la medición de pápulas resultantes en un examen cutáneo de alergia, que incluye: un dispositivo de proyección; un plano de referencia dónde el dispositivo de proyección proyecta; un dispositivo de observación que observa la proyección del dispositivo de proyección; y una unidad de cómputo configurada para realizar un método de reconstrucción 3D de la superficie de la piel, conectada al dispositivo de observación y al dispositivo de proyección.

Y un método para la reconstrucción 3D de la superficie de la piel, que consiste en los siguientes pasos: a, calibrar un dispositivo de reconstrucción 3D de acuerdo con cualquier reivindicación anterior mediante los siguientes pasos: ubicar un objeto de superficie plana a una distancia DO dispuesta de manera perpendicular al dispositivo de observación, el cual sirve de plano de referencia o Z=0 mm; proyectar mediante un dispositivo de proyección, líneas guía sobre el plano de referencia de tal manera que estén centradas respecto a dos mitades del campo de visión del dispositivo de observación, esta posición del plano de referencia corresponde a Z=0 mm; introducir valores de intervalo DeltaZ y número N de desplazamientos, cuyos valores corresponden respectivamente al valor del incremento en dirección del plano de referencia Z que se debe desplazar el plano de referencia y al número N total de desplazamientos para calibrar el dispositivo; desplazar el plano de referencia a la posición -DeltaZ*N/2, esto fija la dirección del eje Z; la posición -DeltaZ*N/2 corresponde a la posición en Z más lejana de las cámaras; realizar la proyección del patrón de franjas sobre el plano de referencia con el dispositivo de proyección; capturar y guardar en memoria la imagen del patrón de franjas; trasladar el plano de referencia en un valor DeltaZ en dirección del eje Z, y repetir N veces desde el paso; obtener la fase continua f(c, y) de cada imagen mediante RFC (Recuperación de Fase Continua) una vez se han desplazado N veces el plano de referencia, adquiriendo así N+l imágenes de franjas asociadas a posiciones Z que varían secuencialmente en el rango de (-Zm, ... , 0, ... +Zm), donde Zm=DeltaZ*N/2, a intervalos DeltaZ; calcular por mínimos cuadrados los coeficientes a, b y c de la ecuación de calibración no lineal: Af(c , y ) = a(x , y )Z ² + b(x , y )z + c(x , y ) para cada punto (x , y ) de la imagen de cada cámara; y b, reconstruir en 3D la superficie de la piel.

Breve descripción de las figuras FIG.1 Diagrama del dispositivo para la reconstrucción 3D de pápulas en la piel.

FIG.2 Diagrama de una modalidad de la invención.

FIG.3 Diagrama de flujo del método de reconstrucción 3D de pápulas en la piel.

FIG.4 Diagrama de flujo para el paso de calibración del sistema.

FIG.5 Diagrama de flujo del proceso de Recuperación de Fase Continua (RFC).

FIG.6 Diagrama de flujo del paso de reconstrucción 3D del objeto.

FIG.7 Calibración no lineal. Recorrido lineal en z de [-25.00, +25.00] mm en D _z = 0.250 mm.

FIG.8 Orientación de las líneas guía sobre la superficie del objeto.

FIG. 9 Coeficientes de calibración.

FIG.10 Adquisición en una cámara (a) Imagen de franjas proyectadas sobre el antebrazo del sujeto, (b) Imagen de la proyección de la línea guía.

FIG.11 Se muestra la segmentación de las pápulas, (a) y (b) son dos tomas diferentes de las imágenes de franjas capturadas con una cámara; (c) y (d) muestran las vistas superiores de las reconstrucciones 3D de las pápulas que se obtienen, respectivamente, de las imágenes (a) y (b).

FIG.12 Muestra la segmentación de las pápulas de la prueba cutánea realizada en un sujeto.

FIG.13 Muestra las reconstrucciones 3D de la prueba cutánea realizada en un sujeto.

Descripción detallada de la invención

Haciendo referencia a la FIG. 1, la presente invención enseña un dispositivo y un método de reconstrucción 3D de la superficie de la piel para la medición de pápulas que resultan de un examen cutáneo de alergia; donde el dispositivo de reconstrucción incluye ampliamente: un dispositivo de proyección (1); un plano de referencia (3) dónde el dispositivo de proyección (1) proyecta; un dispositivo de observación (2) que observa la proyección del dispositivo de proyección (1); y una unidad de cómputo (4) configurada para realizar un método de reconstrucción 3D de la superficie de la piel, conectada al dispositivo de observación (2) y al dispositivo de proyección (1).

Y donde el método de reconstrucción 3D de pápulas por proyección de franjas, incluye ampliamente; un primer paso (a) de calibración; y un segundo paso (b) de reconstrucción 3D. Para efectos del presente documento el término 3D es muy conocido, no solo en el arte sino también coloquialmente, y quiere decir tridimensional. Similarmente, cuando se hace referencia a reconstrucción 3D, se está hablando de una representación digital, almacenada en la memoria de un computador, de un objeto real previamente muestreado por un dispositivo diseñado para tal fin.

Haciendo referencia a la FIG.1 se puede apreciar un diagrama del dispositivo para la reconstrucción 3D en una de sus realizaciones. En esta realización de la invención, el dispositivo de proyección (1) incluye: un proyector (5) que hace una proyección de un patrón de franjas (6) y líneas de guía (7) al plano de referencia (3); una unidad de cómputo (4) conectada a un dispositivo de observación (2).

La FIG. 2 muestra otra realización del dispositivo para la reconstrucción 3D de pápulas, donde el dispositivo de proyección (1) preferiblemente, más no limitadamente, está compuesto por: un lente de colimación (8) dentro del dispositivo de proyección (1) frente a una fuente de iluminación (9); un elemento de proyección de franjas (10) colocado detrás de un lente de proyección (11) que realiza la proyección del patrón de franjas (6) sobre el plano de referencia (3); un proyector adicional (12) que proyecta al menos dos líneas de guía (7) sobre el plano de referencia (3) dentro del campo visual (13) del dispositivo de observación (2).

El lente de colimación (8) o colimador, como es de conocimiento general es un lente que obtiene un haz organizado u homogéneo de luz de un haz divergente de luz. Una fuente de iluminación (9) que puede ser una fuente de luz, por ejemplo, pero no se limita a: un bombillo de uso comercial de la variedad de bombillos comerciales, luz artificial como por ejemplo, luz incandescente; LED (por sus siglas en ingles Light Emitting Diode), entre otras fuentes de luz o combinaciones de estas.

El patrón de proyección de franjas (10), puede ser una filmina con un patrón de líneas que consiste en líneas paralelas de un mismo grosor separadas una misma distancia entre ellas, estos valores varían preferiblemente dentro de los rangos: para grosor de línea entre 0,005 mm y 0,05 mm, y para separación entre centros de líneas consecutivas de 0,005 mm y 0,01 mm con estos rangos es posible obtener una proyección de un patrón de franjas con un valor de separación y de grosor cercano a los 0,3mm sobre el plano de referencia (3).

El lente de proyección (11) es un lente de proyección de uso comercial.

Haciendo referencia a la FIG.2 se muestra en un ejemplo particular, el proyector adicional (12) es un proyector de uso comercial configurado para proyectar al menos dos líneas guía (7) sobre el plano de referencia (3) detectadas en el campo de visión (13) del dispositivo de observación (2). El proyector (12) puede estar conectado a la unidad de cómputo (4) para controlar la proyección de las líneas guía (7). Las líneas guía (7) preferiblemente son dos líneas rectas paralelas entre sí, apuntadas sobre cada mitad del campo de visión (13) del dispositivo de observación (2).

El dispositivo de observación (2) preferiblemente comprende dos cámaras (14) conectadas a una unidad de cómputo (4), dichas cámaras (14) apuntan su campo de visión (13) hacia el plano de referencia (3), y preferiblemente los campos de visión (13) de las cámaras (14) son perpendiculares al plano de referencia (3).

Por otra parte, en otra realización, se pueden usar cámaras (14) adicionales con el fin de incrementar el campo de visión (13). En una configuración preferida las cámaras están distanciadas 80mm entre sí, y el campo de visión (13) es la suma de los campos de visión de cada cámara (14).

En una realización preferida del dispositivo de reconstrucción 3D, el campo de visión (13) de cada cámara abarca 25 grados lo que para una distancia D0=250 mm corresponde a un campo de visión transversal aproximado de l lO mm. Las cámaras son controladas por computador y la adquisición se sincroniza con los sistemas de proyección.

Se entiende que el campo de visión (conocido como FOV por sus siglas en ingles“Field Of View”) de una cámara, hace referencia a la extensión del mundo observable que es visto en un momento dado, particularmente, en el caso de instrumentos ópticos o sensores es un ángulo solido a través del cual un detector es sensible a la radiación electromagnética, por ejemplo, la luz. El plano de referencia (3) es el lugar dónde se ubica el objeto que va a ser reconstruido en 3D. En una realización preferida se ubica a una distancia DO del dispositivo de observación (2) entre lOOmm y 400mm de distancia, preferiblemente de 250mm.

La unidad de cómputo (4) en una modalidad de la invención, es un computador que implementa el método de reconstrucción 3D como el enseñado por este documento. En otras realizaciones, la unidad de cómputo (4) puede ser una máquina, con memoria, configurada únicamente para realizar el procesamiento de la imagen según el método de reconstrucción 3D explicado más adelante.

El dispositivo de observación (2) incluye: una cámara (14) conectada a una unidad de cómputo (4); donde su campo de visión (13) se ubica perpendicularmente hacia el plano de referencia (3); y donde se pueden incluir más cámaras para ampliar el campo de visión (13).

Haciendo referencia a la FIG. 2, en una realización del dispositivo, la distancia entre un primer proyector (5) y un proyector adicional (12) es de 37mm, así mismo, la distancia entre el proyector (12) y la cámara (14) más cercana al proyector es de l53mm. El patrón de proyección de franjas (10) consta de 550 líneas de 0.01 mm de grosor y 0.02 mm de separación entre centros. La lente de proyección (11) realiza la proyección del patrón de franjas (6) sobre el plano de referencia (3) con una separación entre centros promedio de 0.3mm entre las franjas proyectadas.

En la realización de la FIG. 2, las líneas de guía (7), deben estar ajustadas previamente para que al ser proyectadas sobre el plano de referencia (3) coincidan con las líneas centrales de los campos de visión (13) de las cámaras (14) del dispositivo de observación. Cuando se va a reconstruir un objeto se retira el plano de referencia (3) y se coloca dicho objeto en el lugar del plano de referencia (3). La finalidad de estas líneas de guía (7) es ubicar la superficie a digitalizar aproximadamente en la posición y orientación donde estaba el plano de referencia (3).

El posicionamiento de dicho objeto a reconstruir, se puede hacer de varias maneras, por ejemplo: desplazando todo el dispositivo, con el dispositivo de observación (2) y el dispositivo de proyección (1) hasta conseguir que las líneas de guía (7) proyectadas sobre el objeto toquen las líneas centrales de los campos de visión de las cámaras, preferiblemente, como se muestra en la FIG. 8; o también se puede posicionar desplazando y orientando el objeto, hasta conseguir que las líneas guía (7) proyectadas sobre el objeto toquen las líneas centrales de los campos de visión de las cámaras, en la realización preferida de la invención, como se muestra en la FIG 8. Cuando se consigue esta orientación el objeto está listo para el método de reconstrucción 3D.

En el método de reconstrucción 3D se obtiene primero la fase absoluta de una imagen que representa la forma del objeto a reconstruir, y luego se mapean esos valores de fases en radianes, a valores de altura en milímetros. Esto quiere decir que es necesario hacer una recuperación de fase continua de las imágenes obtenidas para luego desenvolverla y obtener una función continua con los valores de alturas de los píxeles de la imagen a reconstruir.

Así, refiriéndose a la FIG. 5, un método de recuperación de fase continua a partir de una imagen de franjas, incluye los siguientes pasos: (40) capturar la imagen de franjas con el dispositivo de observación (2); (41) aplicar la transformada de Fourier sobre la imagen; (42) aplicar un filtro pasa-banda; (26) aplicar la transformada inversa de Fourier; extraer la fase f(c, y) (27); desenvolver la fase (28); La salida del método es la fase continua (29) de la imagen de franjas la imagen de entrada. Cabe aclarar, que en el método descrito la topografía de la superficie objetivo queda codificada en las imágenes tomadas por las franjas por lo que con este método de recuperación de fase continúa se puede hacer la reconstrucción 3D de la superficie de la imagen en una unidad de cómputo.

Particularmente, la presente invención enseña un método de reconstrucción 3D de las pápulas en la piel, el cual es un proceso de digitalización de la superficie externa de las pápulas, a partir de la proyección y adquisición de franjas y la obtención de un modelo digital 3D de la superficie muestreada. Haciendo referencia a la FIG. 3, la reconstrucción 3D de las pápulas en la presente invención incluye un paso (a) de calibración del dispositivo (15) y un paso (b) de reconstrucción 3D (30).

Calibración del dispositivo (15):

Haciendo referencia a la FIG.4, el paso (a) de calibración del dispositivo (15) comprende los siguientes pasos para calibrar un dispositivo de reconstrucción 3D como el enseñado en este documento:

(16), ubicar un objeto de superficie plana a una distancia DO perpendicular al dispositivo de observación (2), el cual sirve de plano de referencia (3) con Z = Omm;

(17), proyectar, mediante dispositivo de proyección (1) las líneas guía (7) sobre el plano de referencia (3) de tal manera que estén centradas respecto a dos mitades del campo de visión (13) del dispositivo de observación (2) en la FIG. l, o en los centros del campo de visión (13) de las cámaras (14) que conforman el dispositivo de observación (2) de la FIG.2. De esta manera, en el caso de FIG. 2 la imagen de las líneas guía en cada cámara (14) se ubicarán en la columna central de cada imagen. Esta posición del plano de referencia corresponde a Z=0 mm;

(18), introducir valores de intervalo DeltaZ y número N de desplazamientos cuyos valores corresponden respectivamente al valor del incremento en dirección de Z que se debe desplazar el plano de referencia y al número N total de desplazamientos para calibrar el dispositivo;

(19), desplazar el plano de referencia a la posición -DeltaZ*N/2, esto fija la dirección del eje Z; la posición -DeltaZ*N/2 corresponde a la posición en Z más lejana de las cámaras (14);

(20) realizar la proyección del patrón de franjas (6) sobre el plano de referencia (3) con el dispositivo de proyección (1);

(21), capturar y guardar en memoria la imagen del patrón de franjas (6); (22) trasladar el plano de referencia (3) en un valor DeltaZ en dirección del eje Z, y repetir N veces desde el paso (20);

(23) obtener la fase continua f(c, y) de cada imagen, mediante RFC (Recuperación de Fase Continua) una vez se ha desplazado N veces el plano de referencia. En total se han adquirido N+l imágenes de franjas asociadas a posiciones Z que varían secuencialmente en el rango de (-Zm,... , 0, ...+Zm), donde Zm=DeltaZ*N/2, a intervalos DeltaZ;

(24), calcular por mínimos cuadrados los coeficientes a, b y c de la ecuación de calibración no lineal: Af(c , y ) = a(x , y )Z ² + b(x , y )Z + c(x , y ) para cada punto (x , y ) de la imagen de cada cámara (14).

En el paso (a) de calibración del dispositivo (15), el paso (16) consiste en ubicar una superficie plana a una distancia DO del dispositivo de observación, esta superficie será utilizada como plano de referencia (3), para el resto del método. En la modalidad de la FIG. 2, el plano de referencia (3) se ubica perpendicularmente bajo el dispositivo de observación (2), pero no se limita y podría estar inclinado hacia el plano de referencia

(3).

El paso (17), se debe desplazar y rotar el plano de referencia de tal manera que, al proyectar las líneas guía, coincidan en las columnas centrales de las imágenes obtenidas de las cámaras (14) del campo visual del dispositivo de observación (2), en la realización de la FIG2. Esta posición de plano de referencia define la posición Z=0 mm.

En el paso (18) en el que se introducen los valores de: el intervalo de desplazamiento DeltaZ y el número de desplazamientos N. Estos valores pueden ser ingresados por un usuario y fijan el volumen de calibración donde se ubicarán los objetos a reconstruir. Entiéndase que DeltaZ es un valor numérico que corresponde con una distancia, así mismo, N es también un valor numérico que preferiblemente corresponde a un número par, ver glosario. En el paso (19) se desplaza paralelamente el plano de referencia a la posición Z= -DeltaZ*N/2, esto fija la dirección del eje Z, que en una realización corresponde a la posición en Z más lejana de las cámaras (14).

En el paso (20) se hace la proyección del patrón de franjas (6) sobre el plano de referencia (3) con el dispositivo de proyección (1).

En el paso (21) se capturan y almacenan cada imagen de cada posición en memoria, entiéndase que i es un valor número y corresponde con cada imagen capturada por cada posición del plano de referencia (3) en el eje coordenado Z.

En el paso (22), se traslada el plano de referencia un valor de DeltaZ, y se repiten los pasos (20, 21 y 22) hasta completar N desplazamientos. El desplazamiento DeltaZ*N/2 a partir de la posición definida en el paso (19) debe coincidir con la posición Z=0 definida en el paso (17). Al completar los N desplazamientos de una secuencia i=0,l,2,...N, corresponden a los valores de posiciones Z=-DeltaZ*N/2, -DeltaZ*(N/2-l), ..., -DeltaZ, 0, DeltaZ,..., DZ*(N/2 -1), DeltaZ*N/2, y se han adquirido N+l imágenes de franjas, de tal manera que cada posición Z tiene una imagen de franjas correspondiente.

Para la realización de la FIG 2, el rango de los valores de la posición en Z se encuentra entre (-25 mm...+25 mm) a intervalos de DeltaZ=0.25 mm, el número de desplazamientos N es de 200 y el número de imágenes es de 201.

En el paso (23) se obtiene la fase continua f(c, y) de cada imagen almacenada en un registro memoria, con las imágenes de franjas adquiridas mediante el método de Recuperación de Fase Continua (RFC) FIG. 5, descrito anteriormente.

En el paso (24) se calcula, empleando el método de mínimos cuadrados, los coeficientes de la ecuación de calibración no lineal:

A<p(x,y) = a(x, y)Z ² + b(x, y)Z + c(x, y) Para cada punto (x,y) de la imagen i tomada por cada cámara (14) del dispositivo de observación que posee información de fase f(c, y) calculada en el paso (23), se calcula Af(c, y) restando la fase para un valor Z con la fase para Z=0. De esta manera se obtiene por punto imagen (x,y) dos vectores con N+l datos de Af(c, y) y Z. Se ajusta por mínimos cuadrados la relación de calibración definida por el polinomio de orden 2, descrita anteriormente. Haciendo referencia a la FIG. 7, se observan los planos con datos de las imágenes de las franjas (50) y fases continuas (51) en función de Z, para un punto (x ₀ ,y ₀ ), en la Figura se observa la gráfica (52) de Af vs Z.

Entonces, del paso (24) se obtienen los valores de los coeficientes a, b y c de la ecuación a partir de los puntos con coordenadas (x, y) resultantes del paso (a) y se guardan en una memoria de la unidad de cómputo (4) tres matrices con los valores de a, b y c por cada cámara (14), y la fase continua del plano de referencia (3) como posición Z = 0 mm; y

Haciendo referencia a la FIG. 9 se observan los valores de las matrices con coeficientes a, b y c para una cámara (14) de la realización de la FIG. 2 de la invención.

Del resultado del paso (a) de calibración del dispositivo (15) se obtiene por cada punto (x,y) en pixeles de las imágenes del paso (21), los valores de los coeficientes a, b y c de la ecuación anterior. Por lo tanto, las tres matrices con los valores de a, b y c por cada cámara (14) se guardan en memoria de la unidad de cómputo del sistema (4). De igual forma, también se guarda en memoria la fase continua del plano de referencia (3) para la posición Z=0 mm.

Con el fin de convertir pixeles de la cámara a milímetros sobre el plano de referencia, se requiere un paso de calibración XY (25), que consiste en ubicar, en la posición Z = 0 mm, una superficie plana con una cuadricula de dimensiones conocidas, para determinar cuántos pixeles por milímetro hay en la imagen, y almacenar estos valores en memoria. A partir de las imágenes de la cuadrícula obtenidas se calcula el factor de conversión por cámara, que relaciona milímetro/pixel, en direcciones horizontal y vertical. En un ejemplo del presente método, 110 milímetros sobre el plano equivalen a 1280 pixeles en la cámara en dirección horizontal y 88 milímetros por 1024 pixeles en dirección vertical. Estos factores son almacenados en memoria de la unidad de cómputo

(4).

Reconstrucción 3D

Una vez se han obtenido los coeficientes de calibración a, b y c de la ecuación de calibración no lineal, por cada cámara (14) del dispositivo de observación (2), se obtiene un modelo 3D de las pápulas sobre el cual se pueden realizar las mediciones de distancia, área y volumen.

Haciendo referencia a la FIG. 6, en una modalidad del método inventivo, en la reconstrucción 3D de la superficie de la piel se requiere un paso (30) de escanear el objeto o la superficie de la piel, que incluye los pasos:

(31), posicionar el objeto o la superficie de la piel;

(32), capturar una primera imagen de franjas con el patrón de franjas (6), y una segunda imagen de franjas con las líneas de guía (7) consecutiva a la primera captura, cuando se detecte la orientación correcta de la superficie de la piel;

(33), obtener la fase f(c, y) mediante RFC FIG.5 de la imagen capturada que corresponde a las franjas sobre el objeto y se le resta la fase del plano de referencia a Z=0 mm recuperada de la memoria de la unidad de cómputo, previamente almacenada en el paso (a);

(34), buscar un punto de intercepción (xo,yo) en la imagen de la línea guía con la columna central de la imagen, el cual se ha definido como coordenada Z=0 mm en el paso (a) de calibración del dispositivo;

(35), extraer el valor de la diferencia de fase para el punto de intercepción (xo,yo),

A _{<po6; (} ,y); (36) reemplazar z = 0 mm en la ecuación de calibración para el punto de intercepción (xo,yo) con los valores de a, b y c obtenidos del paso (a) de calibración: a diferencia de fase Af , calculada en el paso (33), se le resta el valor de la diferencia de fase Aq _ob] (x, y) calculada en el paso (35) y se le suma A p _obj (xo,yo). corrigiendo los valores de Af(c, y) de tal manera que puntos de la superficie de la piel que intercepten el plano de referencia en Z=0 tengan valores de Af iguales a y ₀ ):

(37) resolver el polinomio de segundo orden de la ecuación de calibración introduciendo Acp _obj y usando los coeficientes a, b y c almacenados en memoria de la unidad de cómputo, para obtenerdos raíces del polinomio de orden 2;

(38) escoger la raíz que posee valores de Z en el rango de calibración, obteniendo una imagen en coordenadas (X,Y) en pixeles y para cada punto un valor de Z en mm. Los ejes X y Y se escalan de pixeles a milímetros mediante un factor de escala obtenido del paso (a).

Para mayor entendimiento a continuación se describen en detalle cada uno de los pasos del paso (d) de reconstrucción 3D:

En el paso (30) se toma una imagen del objeto, que es la superficie de la piel, con el dispositivo de observación, y se trabaja con esta imagen almacenada en memoria.

En el paso (31) el posicionamiento del objeto o de la superficie de la piel, se realiza de tal manera que la superficie de estudio se encuentre horizontalmente a la altura del plano de referencia (3) a Z=0 mm. Como en el paso (a), se ajustó el plano de referencia a Z=0 mm con línea central del campo visual (13) de cada una de las cámaras (14) del dispositivo de observación (2), posicionar la superficie de la piel consiste en trasladarlo en dirección de Z de tal manera que la línea guía proyectada sobre la superficie de la piel intercepte la línea central del campo visual (13) de cada una de las cámaras (14) del dispositivo de observación (2).

Haciendo referencia a la FIG.2, en una realización de la invención, se emplean dos cámaras (14) en el dispositivo de observación (2). Haciendo referencia a la FIG. 8, en otro ejemplo de la invención, es posible ajustar la posición y orientación del dispositivo de observación (2), para hacer coincidir la posición Z=0mm del plano de referencia con la superficie del objeto y su orientación promedio haciendo coincidir la imagen de las líneas guía proyectadas sobre la superficie del objeto con las columnas centrales de las imágenes de cada cámara (14).

En el paso (32), se captura una imagen de la proyección del patrón de franjas sobre el objeto, y en consecución otra imagen con las líneas guía (7) sobre el objeto. El orden de captura de las imágenes es intercambiable.

En el paso (33), con el método de recuperación de fase continua, ilustrado en la FIG.5, se obtiene la fase continua de la imagen con el patrón de franjas deformado por el objeto, y se le resta la fase del plano de referencia a Z=0 mm, almacenada en memoria de la unidad de cómputo durante el paso (a) de calibración, de esta manera se calcula Af(c, g).

En el paso (34) a partir de las líneas guía (7) proyectadas por el dispositivo de proyección (2) se busca un punto de intercepción (xo,yo), entre las líneas guía y las columnas centrales de las imágenes de las cámaras (14) del dispositivo de observación (2). Para cada punto de intercepción se sabe que es Z=0 mm desde el paso a de calibración.

En el paso (35) se extrae el valor de la diferencia de fase Af del punto de intercepción (xo,yo) calculada en el paso (33), obteniéndose Af(c ₀ , g ₀ ). Dicho punto corresponde a un desplazamiento en el eje“z” de Z=0 mm. El eje“z” corresponde a un eje paralelo a un vector normal a la superficie del plano de referencia (3)”.

En el paso (36), se calcula D <r _o6; · para el punto de intercepción (xo,yo) usando la ecuación de calibración no lineal D <p _o6; - (x ₀ , y ₀ ) = a(x ₀ , y ₀ )Z ² + b(x ₀ , y ₀ )Z + c(x ₀ , Vo), haciendo Z = 0 mm y usando los valores de los coeficientes de a. b y c para el punto de intercepción definido en el paso (35). A la diferencia de fase Af. calculada en el paso (33), se le resta el valor de la diferencia de fase Af(c ₀ , y ₀ ) calculada en el paso (35) y se le suma A(p _obj (x ₀ , y ₀ ). De esta manera, se corrigen todos los valores de Af(c, y) de tal manera que puntos de la superficie del objeto que intercepten el plano de referencia en Z=0 mm tengan valores de Af iguales a D<r _o6; ·(c ₀ , y ₀ ).

Finalmente, en el paso (37) se resuelve la ecuación de calibración no lineal, despejando Z en la ecuación de calibración no lineal reemplazando la diferencia de fase corregida en el paso (36) Af y usando los coeficientes a, b y c almacenados en un registro de memoria de la unidad de cómputo, obteniendo un valor de Z en el rango de calibración.

De esta manera se obtiene una imagen en coordenadas (X,Y) en pixeles y para cada punto un valor de Z en milímetros. Los ejes X y Y se escalan de pixeles a milímetros mediante un factor de escala obtenido del paso (a).

Una vez se ha realizado una prueba cutánea de alergias y se espera el tiempo correspondiente con este tipo de pruebas para que aparezcan pápulas sobre la piel, se procede a realizar la reconstrucción 3D y las mediciones automatizadas. A partir de la reconstrucción 3D de la superficie de la región de piel, por ejemplo, el antebrazo de un sujeto, se realiza una segmentación automática en 3D.

La segmentación automática en 3D consiste en obtener una posición inicial de cada pápula a partir de un proceso de búsqueda por plantillas, correlaciones, o incluso por selección de un usuario. En la realización preferida a partir de esta posición inicial semilla se realiza la segmentación por un algoritmo de crecimiento de regiones que permite segmentar la pápula digitalmente. Del contomo obtenido se determina el área, la distancia más grande entre dos puntos del contomo y el volumen. En la FIG. 10 se muestran las imágenes de franjas y de líneas guía capturadas por una de las cámaras (14) del dispositivo de observación (2) para una pmeba cutánea realizada en un sujeto, usando la realización mostrada en la FIG 2.

En la FIG. 11 se muestran las imágenes de franjas capturaras por las dos cámaras (14) del dispositivo de observación (2) y sus correspondientes segmentaciones en una pmeba cutánea realiza en otro sujeto. En la FIG.13 se muestran las reconstrucciones 3D de las franjas capturadas por las cámaras (14) del dispositivo de observación (2) en una prueba realizada en un sujeto. En la FIG.11 se puede calcular la distancia máxima en el contomo de la pápula demarcada como DR y corresponde a un valor de 11,70 mm.

Se realizaron pruebas del dispositivo y método de reconstrucción 3D para la medición de pápulas en la piel, en la que se prepara la piel de forma previa mediante una prueba cutánea por escarificación.

La prueba cutánea por escarificación es una prueba rutinaria en el consultorio del alergólogo. Se practica con un panel de alérgenos que generalmente es definido de acuerdo a la epidemiología de la región. La técnica consiste en seleccionar una región de piel sana de un sujeto y que no presente escoriación ni signos de trastornos cutáneos inflamatorios ni tumorales.

A continuación, se esteriliza dicha región de la piel con alcohol antiséptico, se aplica un panel de los extractos alergénicos. Luego que el alcohol se seque, se marcan los sitios en los que se aplican las gotas de los extractos separados por entre 2,5 y 5,0 cm entre cada uno de ellos. Posteriormente se realiza la punción de la piel bajo cada una de las gotas de alérgenos y se espera la reacción para su lectura a los quince minutos. Siempre se coloca un control negativo (diluente de los extractos y uno positivo (Histamina l0mg/ml) esto con el fin de poder determinar la confiabilidad de la prueba.

Generalmente ésta prueba cutánea se realiza en la región dorsal (espalda), en cara volar del antebrazo, no obstante, se puede realizar en cualquier otra parte del cuerpo.

Se realizó una prueba cutánea por escarificación en un sujeto (FIGs 10 y 11) se usó un panel de 11 alérgenos (Blomia tropicalis, Dermatophagoides pteronyssinus, Dermatophagoides farinae, Epitelio de perro, Epitelio de gato, epitelio de cucaracha, gramíneas, huevo, Leche de vaca, camarón, maní), un control positivo (Histamina l0mg/ml) y uno negativo (Diluente). Después de 15 minutos, el diámetro promedio de la pápula formada por el alérgeno fue medido con el dispositivo de reconstrucción 3D que implementa el método de la presente invención. Haciendo referencia a la FIG.10 en el lado izquierdo se enseña una imagen (a) capturada mediante el dispositivo de observación (2), dicha imagen corresponde a la superficie de la piel de la cara volar del antebrazo izquierdo de un sujeto sometida a la proyección de las franjas (6) proyectadas por el dispositivo de proyección (1) de la realización de la FIG. 2, en el lado izquierdo de la figura se muestra una imagen (b) similar a la de la imagen (a) en la que además se observa la proyección de líneas guía.

Haciendo referencia a la FIG 11 se muestran las imágenes de franjas capturaras por dos cámaras (14) del dispositivo de observación (2) y sus correspondientes segmentaciones en una prueba cutánea que se realiza en el mismo sujeto.

En la FIG 11 se puede calcular la distancia máxima en el contomo de la pápula demarcada como DR y corresponde a un valor de 11,70 mm.

En la FIG 13 se muestran las reconstrucciones 3D de las franjas capturadas por las cámaras (14) del dispositivo de observación (2) en una prueba realizada en un sujeto.

Para la adquisición de imágenes y el control de los sistemas de proyección se implemento el método en un programa con capacidad de procesamiento de imágenes, en el caso siguiente se utilizó el programa comercial LabVIEW 2014 de National Instruments en conjunto con un programa como Matlab. La interfaz está basada en un enfoque híbrido de programación el cual permite la integración de instancias de MATLAB al entorno gráfico de LabVIEW. LabVIEW permite adquirir imágenes de múltiples cámaras del dispositivo de observación y el control del dispositivo de proyección.

Después de realizada la prueba cutánea se procede a la digitalización en 3D por el dispositivo de reconstrucción 3D que implementa el método de reconstrucción 3D de la presente invención. Con ayuda de la proyección de las líneas de guía (7) se posiciona el brazo del sujeto para que esté centrado en el campo de visión de las cámaras. Una vez se ha centrado el brazo y se ha ubicado a la distancia adecuada del dispositivo de observación (1) se adquieren de manera automática las imágenes de franjas (7) y de la línea central. Los detalles de este procedimiento han sido descritos anteriormente. Al paciente se le aplicó un panel de 11 extractos, un control positivo y uno negativo. Por medio de la reconstrucción 3D se pudieron medir 8 pápulas ocasionadas por 8 extractos.

En la FIG.11 se muestra la segmentación de las pápulas en un sujeto: (a) y (b) son dos tomas diferentes capturadas con las cámaras del sistema; (c) y (d) muestra las vistas superiores de las reconstrucciones de las pápulas que se obtienen de las imágenes (a) y (b), respectivamente. Las medidas de los diámetros de las pápulas están registradas en la siguiente tabla.

La FIG. 13 muestra la vista en perspectiva de las reconstrucciones 3D de las imágenes del primer paciente y la segmentación de las pápulas. A la reconstrucción 3D de la superficie de la piel se le ha mapeado la textura de la imagen capturada.

Glosario de términos:

· Campo de visión: Es una porción del espacio que una cámara captura en un momento determinado, se refiere al ángulo abarcable a través del cual una cámara puede detectar radiación electromagnética; • campo de visión transversal: se refiere a la porción observable de un objeto plano, que corta el campo de visión, ubicado a una cierta distancia de la cámara. Se suele especificar respecto de la distancia a la cámara y por sus dimensiones de ancho y alto, o sólo el ancho en caso que sea simétrico;

• DO: se refiere a la distancia entre las cámaras y el plano de referencia.

• Z: Se refiere a una posición o distancia perpendicular al plano de referencia, por lo que Z = 0 señala el lugar donde se encuentra el plano de referencia;

• Af: Hace referencia a un valor de fase y calculada como la diferencia entre un valor de fase para una posición en Z y la fase para Z=0, D p _obj hace referencia al valor de la fase medida para el objeto sobre el que se hará la reconstrucción 3D y calculada como la diferencia entre un valor de fase del objeto y la fase para Z=0.

• DeltaZ: se refiere a una distancia entre una posición del plano de referencia respecto a una posición anterior, por lo que un intervalo DeltaZ se refiere al cambio de posición en Z con valor igual a DeltaZ;

• N: se utiliza como un número entero, el cual indica un número de desplazamientos para realizar la calibración del método, preferiblemente el valor de N es par;

• Coeficientes a, b y c: son los coeficientes numéricos que se utilizan sobre la ecuación de calibración.

Se debe entender que la presente invención no se halla limitada a las modalidades descritas e ilustradas, pues como será evidente para una persona versada en el arte, existen variaciones y modificaciones posibles que no se apartan del espíritu de la invención, el cual sólo se encuentra definido por las siguientes reivindicaciones.