Download Las aberraciones oculares degradan la calidad de imagen

Congreso del Centenario de la Real Sociedad Española de Física y Química - Madrid Julio de 2003
Introducción
Desarrollo de dos
aberrómetros para
aplicaciones
biomédicas
Las aberraciones
oculares degradan la
calidad de imagen
Carlos Dorronsoro, Elena García de la Cera,
Lourdes Llorente, Sergio Barbero, Susana Marcos
Instituto de Óptica “Daza de Valdés”, CSIC, Madrid
Medida de aberraciones:
aberraciones: interés básico
Medida de aberraciones: interés clínico
• Procedimientos quirúrgicos
• Física:
– cirugía refractiva corneal
– transplante de cornea
– cirugía de cataratas
– Comprender los mecanismos de formación
de imágenes en el ojo
– Evaluar la calidad óptica...
• Condiciones patológicas
• Biología:
– queratocono
– o alta miopía
– Desarrollo del globo ocular
– Acomodación
– Presbicia y envejecimiento ocular...
Aberración de onda
http://ww w.o pt.in di an a.ed u/cl in ics/pt _e duc. htm
¿Qué es la aberración de onda?
distorsiones de fase en
el plano de la pupila
µm
CON aberraciones
Mapa topográfico
SIN aberraciones
(esfera)
ABERRACIÓN
de onda
1
De desviaciones a frente de onda
¿Qué es la aberración de onda?
Aberrometría
de entrada
(xi,yi)
∆yα' =
1 ∂W (ξx,y
,η )
x
Rp
∂η
∆xβ' =
1 ∂W (ξx,y
,η )
Rp
∂ξy
(∆
∆α ,∆
∆β )(x0,y0)
CON aberraciones
Aberrometría
de salida
SIN aberraciones
(plano)
ABERRACIÓN
de onda
(xi,yi)
(∆
∆α ,∆
∆β )(x0,y0)
Proyectos en curso en los
Laboratorios de Óptica Visual y
Biofotónica (IO(IO-CSIC)
Expansión en polinomios de Zernike
3
+ Z3
1
+ Z3
-2
+
+ Z2
-1
+ Z3
Cirugía cataratas
+
Cirugía refractiva
0
+Z4
-5
+...+Z7
-7
+Z7
Imágenes de retina
Lentes de contacto
br is so nl ei s. op t om e tr y. ne t
= Z22
LASIK para Miopía
8
6
4
2
0
-2
-4
Miopía y aberraciones
LASIK para Hipe rmetropía
1
0
-1
-2
-3
-4
www.lasersite.com
H-S
Aberrómetros desarrollados
Hartman-Shack (H-S)
–
–
–
–
H-S
Frente de onda de salida
Microlentes
Instantáneo
Orientado a m odelo animal de miopía
Frente de onda de entrada
Scanner laser
2 segundos
Versátil, configurable
• 1971: Propuesto para astronomía
– B. Platt and R. V. Shack, Opt. Sc i. Center New sl. 5, (1971)
• 1991: Adaptado a oftalmología
– J. Liang, B. Grimm, S. Goelz, and J. F. Bille, J . Op. Soc. Am. A 11, (1994)
– B. Grimm and K. Mueller, (AMTech gesellschaft fuer angewandte Microcomputer Technik
DE), Germany, 1994
Trazado de Rayos Laser (LRT)
–
–
–
–
Hartmann--Shack : Historia
Hartmann
LRT
• Actualmente: Montaje más común en
laboratorios de investigación
• Existen varias versiones comerciales y clínicas
2
H-S
H-S
Hartmann--Shack
Hartmann
Hartmann--Shack: esquema
Hartmann
Matriz de
microlentes
M1
M2
SLD
CMOS
MA
BS
CCD
L2
M3
L1
eye
OJO
OJO SIN
CON
ABERRACIÓN
ABERRACIÓN
H-S
Montaje
BS2
BS1
H-S
BADAL
Monitorización de la pupila
SLD
CCD
676 nm
MICROLENTES
CMOS
Control de la fijación del animal
mediante en alineamiento de las
imágenes de Purkinje
78 puntos (4mm)
Iluminación con
LEDs de 890 nm
OJO
H-S
Programa de control y procesado
Monitorización de
pupila
Marcos et al. Vision Research 2000
H-S
Microlentes: muestreo
Imagen de
retina
3
H-S
H-S
Microlentes: muestreo
* * **
* * ** * * * *
* * ** * * * * * * *
*
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*
* * ** * * * * ** **
** * * * * * * * ** * * *
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* * ** * *
* * ** * **
* ** * * *
** * * * **
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**
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*
* * * * *
** * * ** *
H-S
Aberración de rayo: cálculo
Centroide de
imagen a procesar
Ab. rayo
Centroide de imagen
de referencia
LRT
Hartmann - Shack
Conclusiones
Trazado de Rayos Laser
Laser:: Historia
• Aplicaciones biomédicas
• 1993: Idea + Patente
Gallus domesticus
– C. M. Penney, R. H. Webb, J. J. Tiemann, and K. P. Thompson, (General
Electric, United States, 1993)
• Adaptado a un modelo experimental de
miopía animal
• 1997: Prototipo comercial. Tracey
– V. V. Molebny, I. G. Pallikaris, L. P. Naoumidis, I. H. Chyzh, S. V. Molebny,
and V. M. Sokurenko, Proceedings of the SPIE 2971, 175 (1997)
• Una sola imagen: medida rápida
• 1997: 1ª Generación en el IO-CSIC
– Navarro and Losada, Optom. Vis. Sci. 74, 540 (1997)
– Navarro, Moreno and Dorronsoro J Opt Soc Am A, 15 (1998)
– Moreno-Barriuso, Marcos, Navarro, and Burns, Opt.Vis. Sci. 78, 152 (2001)
• Tamaño pequeño
• Control mediante ordenador portátil
• 2003: 2ª Generación en el IO-CSIC
– Adaptado al estudio de procesos biológicos básicos y clínicos
LRT
LRT
Trazado de Rayos Laser
Montaje
0
-50
-100
-150
Frente de onda
CON aberraciones
-100
-50
0
50
Diagrama
de impactos
4
LRT
LRT
Montaje
LRT: complejidad tecnológica
LRT
Monitorización de la pupila
• Alineamiento automático del sistema
• Seguimiento pupilar a posteriori
Automatización y sincronización
– Barrido laser secuencial de la pupila (37 rayos)
– Registro simultáneo de imágenes
• retina
• pupila
– Control del obturador
– Iluminación pupilar (IR)
...En 2 segundos
LRT
Reconstrucción de la medida
• Correcciones de rayos
• Retroiluminación
LRT
Retroiluminación
Catarata
Ruptura de lágrima
5
LRT
LRT
Contracción pupilar + párpado
Canal psicofísico
• Presentación de estímulos
de acomodación/fijación
• Medidas subjetivas de
calidad visual
• En las mismas condiciones
D. A. Atchison, S. Marcos, and D. H. Scott, Vision Res. (2003)
Muestreo en la pupila: variable
H-S
LRT
LRT
Conclusiones LRT
Validación: lentes esféricas
Medidas en un ojo artificial con lentes de
prueba esféricas
• Multicanal, compacto, preciso y configurable
• Medidas en sujetos normales
• Y en pacientes con:
– Lentes de contacto
– Cataratas
– Cirugía corneal
– Patologías corneales
– Ametropías severas
H-S
H-S
LRT
Validación: lentes cilíndricas
Medidas en un ojo artificial con lentes de
prueba cilíndricas
LRT
Validación: láminas de fase
• Láminas de fase de fotoresina con
aberraciones de alto orden conocidas
INTE RFEROGRAMA
+3 cil 90º
+2cil 270º
+3 cil 0º
+2 cil 30º
Medida con aberróme tro
Bara, Mancebo & Moreno-Barriuso, Appl. Opt. 2000
6
H-S
LRT
H-S
Comparación
H-S
LRT
Comparación
LRT
H-S
LRT
S1
Rapidez
100 ms
baja
Complejidad
Versatilidad ninguna
S2
Rango
dinámico
bajo
2s
alta
alta
alto
Moreno-Barriuso, Marcos, Navarro, and Burns Opt.Vis. Sci. 78, (2001)
Marcos, Díaz-Santana, Llorente, and Dainty, J. Opt. Soc. Am. A. 19, (2002)
Llorente, Diaz-Santana, Lara, and S. Marcos, Optom. Vis. Sci. 80, (2003)
H-S
H-S
LRT
LRT
Aplicaciones
•
•
•
•
Cataratas
Lentes intraoculares
Campo visual
Lentes de contacto
H-S
•
•
•
•
Cataratas
Cirugía refractiva LASIK
Miopía e hipermetropía
Pruebas psicofísicas
Imágenes de retina
H-S
LRT
Lentes Intraoculares
La incisión corneal y los
descentramientos y la aberración
esférica de la lente y afectan a la
calidad de imagen
S. Barbero, S. Marcos & I. Jiménez-Alfaro, J. Opt. Soc. Am. A., In press
LRT
Campo visual
Las aberraciones son mínimas
en el centro del campo visual
R. Navarro, E. Moreno and C. Dorronsoro, J. Opt. Soc. Am. A., 15, (1998)
7
H-S
H-S
LRT
LRT
Lentes de contacto
SIN
lente
Cirugía refractiva LASIK
Las lentes semirígidas
corrigen aberraciones
CON
lente
Aberraciones x 2
Dorronsoro, Barbero, Llorente, and Marcos, Optom. Vis. Sci. 80, (2003)
H-S
Marcos, Barbero, Llorente, and Merayo-Lloves. IOVS,2001
H-S
LRT
LRT
Pruebas psicofísicas
A E
Miopía e hipermetropía
A
E
Se ha correlacionado la calidad
óptica y la calidad visual
Los altos miopes tienen más aberraciones
D. A. Atchison, S. Marcos, and D. H. Scott, Vision Res. (2003)
Marcos, Journal of Refractive Surgery 2001
H-S
S. Marcos, S. Barbero, L. Llorente, IOVS, 2002
H-S
LRT
Imágenes de retina
LRT
Conclusiones
• Se han desarrollado dos sistemas de
medida de aberraciones oculares
.
• Orientados a distintas aplicaciones
biomédicas
La corrección de
aberraciones mejora la
observación de la retina
• Han permitido comprender procesos
biológicos básicos y clínicos
S. Burns, S. Marcos, A. Elsnser, and S. Bará, Opt. Lett. 27(2002)
8
Agradecimientos
www.vision.io.csic.es
CONOPTICA (B &L)
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