SIN aberraciones. oculares degradan la calidad de imagen. Desarrollo de dos aberrómetros para aplicaciones biomédicas. Procedimientos quirúrgicos
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- Teresa Farías Rey
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1 Congreso del Centenario de la Real Sociedad Española de Física y Química - Madrid Julio de 2003 Desarrollo de dos aberrómetros para aplicaciones biomédicas Introducción 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: interés básico Física: Comprender los mecanismos de formación de imágenes en el ojo Evaluar la calidad óptica... Biología: Desarrollo del globo ocular Acomodación Presbicia y envejecimiento ocular... Medida de aberraciones: interés clínico Procedimientos quirúrgicos cirugía refractiva corneal transplante de cornea cirugía de cataratas Condiciones patológicas queratocono o alta miopía _educ. htm Aberración de onda distorsiones de fase en el plano de la pupila Qué es la aberración de onda? µm CON aberraciones SIN aberraciones (esfera) Mapa topográfico ABERRACIÓN de onda 1
2 Qué es la aberración de onda? CON aberraciones SIN aberraciones (plano) ABERRACIÓN de onda De desviaciones a frente de onda (x i,y i ) (x i,y i ) ( α, β) (x0,y0) Aberrometría de entrada ( α, β) (x0,y0) Aberrometría de salida 1 yα ' = R p 1 x' β= R p W ( x,y ξ, η ) x η W ( x,y ξ, η ) y ξ Expansión en polinomios de Zernike 2 = Z 2 + Z Proyectos en curso en los Laboratorios de Óptica Visual y Biofotónica (IO-CSIC) Cirugía cataratas Lentes de contacto Imágenes de retina Z 3 + Z 3 + Z 3 + br is so nl ei s. op t om e tr y. ne t Z Z 7 +Z 7 Cirugía refractiva LASIK para Miopía LASIK para Hipermetropía Miopía y aberraciones Aberrómetros desarrollados Hartmann-Shack : Historia Hartman-Shack () Frente de onda de salida Microlentes Instantáneo Orientado a modelo animal de miopía Trazado de Rayos Laser () 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 Actualmente: Montaje más común en laboratorios de investigación Existen varias versiones comerciales y clínicas 2
3 Hartmann-Shack Matriz de microlentes Hartmann-Shack: esquema M2 M1 SLD CMOS BS CCD MA M3 L2 BS1 L1 BS2 OJO SIN CON ABERRACIÓN eye Montaje BADAL Monitorización de la pupila CCD MICROLENTES 78 puntos (4mm) SLD 676 nm Control de la fijación del animal mediante en alineamiento de las imágenes de Purkinje CMOS Iluminación con LEDs de 890 nm OJO Marcos et al. Vision Research 2000 Programa de control y procesado Microlentes: muestreo Monitorización de pupila Imagen de retina 3
4 Microlentes: muestreo Aberración de rayo: cálculo Centroide de imagen a procesar Ab. rayo Centroide de imagen de referencia Hartmann - Shack Conclusiones Trazado de Rayos Laser: Historia Aplicaciones biomédicas Gallus domesticus Adaptado a un modelo experimental de miopía animal Una sola imagen: medida rápida Tamaño pequeño Control mediante ordenador portátil 1993: Idea + Patente C. M. Penney, R. H. Webb, J. J. Tiemann, and K. P. Thompson, (General Electric, United States, 1993) 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) 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) 2003: 2ª Generación en el IO-CSIC Adaptado al estudio de procesos biológicos básicos y clínicos Trazado de Rayos Laser Montaje Frente de onda CON aberraciones Diagrama de impactos 4
5 Montaje : complejidad tecnológica Monitorización de la pupila Automatización y sincronización Alineamiento automático del sistema Seguimiento pupilar a posteriori Barrido laser secuencial de la pupila (37 rayos) Registro simultáneo de imágenes retina pupila Control del obturador Iluminación pupilar (IR)...En 2 segundos Reconstrucción de la medida Retroiluminación Correcciones de rayos Retroiluminación Catarata Ruptura de lágrima 5
6 Contracción pupilar + párpado Canal psicofísico Presentación de estímulos de acomodación/fijación Medidas subjetivas de calidad visual En las mismas condiciones Muestreo en la pupila: variable D. A. Atchison, S. Marcos, and D. H. Scott, Vision Res. (2003) Conclusiones Validación: lentes esféricas Multicanal, compacto, preciso y configurable Medidas en sujetos normales Y en pacientes con: Lentes de contacto Cataratas Cirugía corneal Patologías corneales Ametropías severas Medidas en un ojo artificial con lentes de prueba esféricas Validación: lentes cilíndricas Validación: láminas de fase Medidas en un ojo artificial con lentes de prueba cilíndricas Láminas de fase de fotoresina con aberraciones de alto orden conocidas INTERFEROGRAMA Medida con aberrómetro +3 cil 90º +2cil 270º +3 cil 0º +2 cil 30º Bara, Mancebo & Moreno-Barriuso, Appl. Opt
7 Comparación Comparación S1 Rapidez 100 ms 2s Complejidad baja alta S2 Versatilidad Rango dinámico ninguna bajo 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) Aplicaciones Cataratas Cataratas Lentes intraoculares Campo visual Lentes de contacto Cirugía refractiva LASIK Miopía e hipermetropía Pruebas psicofísicas Imágenes de retina Lentes Intraoculares Campo visual 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 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
8 Lentes de contacto Cirugía refractiva LASIK SIN lente CON lente Las lentes semirígidas corrigen aberraciones Aberraciones x 2 Dorronsoro, Barbero, Llorente, and Marcos, Optom. Vis. Sci. 80, (2003) Marcos, Barbero, Llorente, and Merayo-Lloves. IOVS,2001 Pruebas psicofísicas Miopía e hipermetropía A E 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 S. Marcos, S. Barbero, L. Llorente, IOVS, 2002 Imágenes de retina Conclusiones Se han desarrollado dos sistemas de medida de aberraciones oculares. La corrección de aberraciones mejora la observación de la retina Orientados a distintas aplicaciones biomédicas Han permitido comprender procesos biológicos básicos y clínicos S. Burns, S. Marcos, A. Elsnser, and S. Bará, Opt. Lett. 27(2002) 8
9 Agradecimientos CONOPTICA (B &L) 9
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