comparación de la calidad de la imagen retiniana obtenida

COMPARACIÓN DE LA CALIDAD DE LA IMAGEN RETINIANA OBTENIDA
MEDIANTE DOBLE PASO O EL SENSOR DE HARTMANN-SHACK
F. Díaz-Doutón(1), A. Benito(2), M. Arjona(1), J. Pujol(1), J.L. Guell(3) y P. Artal(2)
(1) Centre de Desenvolupament de Sensors Instrumentació i Sistemes (CD6),
Departament d'Òptica i Optometria, Universitat Politècnica de Catalunya,
Rambla de Sant Nebridi 10, 08222 Terrassa.
(2) Laboratorio de Óptica, Departamento de Física, Universidad de Murcia (LOUM),
Campus de Espinardo (Ed. “C”), Murcia.
(3) Instituto de Microcirugía Ocular (IMO), C\ Munner 10, 08022 Barcelona.
E-mail F. Díaz-Doutón: diaz@oo.upc.es
1. Introducción
La calidad de la imagen retiniana es el más importante límite físico a la visión espacial.
Se ve afectada por la difracción de la luz en la pupila, y sobre todo por la presencia de
aberraciones y por la difusión de la luz en los medios oculares (“scattering” intraocular). Una
estimación completa de la calidad óptica del ojo deberá considerar estos factores.
En los últimos años, se han desarrollado diversas técnicas para la estimación de la
calidad de la imagen retiniana a partir de la medida de las aberraciones oculares. La más
utilizada es el denominado sensor de Hartmann-Shack [1-3], que consiste en realizar un
muestreo de la pupila mediante una matriz de microlentillas para hallar las pendientes locales
del frente de onda, recuperando la forma de éste mediante un ajuste a polinomios de Zernike.
Se obtiene así la aberración de onda del ojo. A partir de ésta se calculan la PSF (Point Spread
Function) y la MTF (Modulation Transfer Function). Una desventaja de este método es que el
número de muestras que se tomen determina el máximo orden de aberración al que se puede
llegar en el ajuste, perdiéndose normalmente la información de los órdenes altos. Otra
desventaja es que ignora el efecto de la difusión intraocular. Aunque en ojos normales
jóvenes, la influencia de ambos factores sea normalmente pequeña, en ojos tras ciertas
cirugías las aberraciones de alto orden pueden ser importantes. De igual forma, en ojos de
edad avanzada, incluso en los primeros estados de desarrollo de cataratas, o tras implantar una
lente intraocular, el efecto de la difusión aumenta significativamente.
Para poner de manifiesto la importancia que pueden tener en algunos casos las
aberraciones de alto orden y la difusión en la calidad óptica del ojo hemos comparado las
medidas obtenidas con un sensor de Hartmann-Shack con las obtenidas con un nuevo
instrumento basado en el método oftalmológico de doble paso. Esta técnica consiste en
registrar de forma directa la imagen de una fuente puntual tras su reflexión en la retina y doble
paso por los medios oculares [4,5]. Utilizando una configuración asimétrica [6,7], es posible
obtener información global tanto de las aberraciones como de la difusión intraocular.
2. Metodología
El sensor de Hartmann-Shack (H-S) utilizado es un prototipo adaptado a entornos
clínicos, desarrollado en el Laboratorio de Óptica de la Universidad de Murcia. Este sistema
posee un alto rango dinámico y una elevada densidad de microlentes (alrededor de 220 en una
pupila de 5 mm de diámetro), lo que posibilita un cálculo de las aberraciones hasta sexto
orden.
El instrumento utilizado para las medidas de doble paso es OQAS (Optical Quality
Analysis System, Visiometrics S.L.), adaptado a su uso en la práctica clínica, que permite una
adquisición rápida y cómoda de las imágenes retinianas, así como la posibilidad de cambiar
de configuración de forma sencilla. Ambos aparatos trabajan en el infrarrojo cercano.
Los sujetos del estudio fueron escogidos de forma que abarcasen un amplio abanico de
casos posibles. Ojos normales (sin patologías) de diversas edades, ojos sometidos a algún tipo
de cirugía refractiva (LASIK, PRK, implantación de lentes intraoculares), y ojos con una
elevada difusión (cataratas incipientes o ya desarrolladas). Para cada ojo se realizaron
medidas de aberraciones con el sensor de H-S, y de doble paso en configuración simétrica 2-2
(pupilas de entrada y salida iguales, de 2mm) y asimétrica 2-5 (pupila de salida de 5mm).
La comparación de ambas estimaciones se ha realizado a través de la MTF. A partir de
las imágenes de doble paso se calcula la MTF de los dos pasos en conjunto. Por otro lado, a
partir de las imágenes de H-S se hallan las MTF para pupilas de 2 y 5 mm, y se utilizan para
simular la MTF correspondiente de doble paso.
3. Resultados
En sujetos con bajo nivel de difusión intraocular las MTFs obtenidas a partir del sensor
de H-S y el instrumento OQAS resultaron muy similares (Figura 1). Esto indica que ambas
técnicas pueden capturar la parte más importante de la degradación de la imagen retiniana.
a)
b)
Figura 1. MTF para ojos normales: a) sujeto de 41 años, b) sujeto de 68 años. Los círculos negros
corresponden a medidas de doble paso y los blancos a H-S.
En ojos con niveles más altos de difusión los resultados son muy diferentes. La figura 2
muestra las MTFs en un ojo de 81 años (a) con inicios de catarata y otro con una lente
intraocular (b) con una manifiesta opacificación capsular posterior. En ambos casos la MTF
de H-S es mayor que la de doble paso. Esto sugiere que los sensores de frente de ondas
sobreestiman la calidad de la imagen retiniana en aquellos ojos con niveles moderados o altos
de difusión intraocular.
a)
b)
Figura 2. a) MTF para un ojo con fuerte difusión. b) MTF para un ojo con difusión moderada. Los
círculos negros corresponden a medidas de doble paso y los blancos a H-S.
4. Conclusiones
En ojos con bajos niveles de difusión intraocular, la evaluación de la calidad de la
imagen retiniana mediante un sensor de frente de onda tipo Hartmann-Shack o mediante la
técnica del doble paso da resultados similares. Sin embargo, en ojos en que las aberraciones
de alto grado son importantes, o tienen un alto nivel de difusión, el sensor de Hartmann-Shack
puede sobreestimar la calidad de la imagen retiniana produciendo estimaciones de la calidad
visual inadecuadas.
REFERENCIAS
[1]
J. Liang and D. R. Williams, J. Opt. Soc. Am. A 14, (1997) 2873.
[2]
J. Liang, B. Grimm, S. Goelz, J.F. Bille, J. Opt. Soc. Am. A 11, (1994) 1949.
[3]
P. M. Prieto, F. Vargas-Martín, S. Goelz, P. Artal, J. Opt. Soc. Am. A 17, (2000) 1388.
[4]
F. Flamant, Rev. Opt. 34, (1955) 433.
[5]
J. Santamaría, P. Artal and J. Bescos, J. Opt. Soc. Am. A 4, (1987) 1109.
[6]
P. Artal, S. Marcos, R. Navarro, and D.R. Williams, J. Opt. Soc. Am. A 12, (1995) 195.
[7]
P. Artal, I. Iglesias, N. López-Gil and D.G. Green, J. Opt. Soc. Am. A 12, (1995) 2358.
AGRADECIMIENTOS
Este trabajo ha sido financiado por el MCyT (TAP99-0887) en la UPC y BFM20010391 en la UMU. Díaz-Doutón quiere agradecer al Ministerio de Educación, Cultura y
Deporte por la beca de doctorado recibida.