Contribución relativa de las aberraciones y de la difusión de la luz a la calidad de imagen en el ojo

Abstract

La primera parte de la tesis se centra en el estudio de la precisión y exactitud de la aberrometría ocular. Para cubrir este objetivo se llevaron a cabo las siguientes tareas: (1) Medida de aberraciones oculares en un grupo de sujetos con diferentes aberrómetros, tanto comerciales como de laboratorio, con el objetivo de cuantificar las diferencias observables entre distintos dispositivos. (2) Diseño y caracterización de un conjunto de láminas de fase para la calibración de aberrómetros oculares mediante un aberrómetro de Trazado de Rayos Láser (TRL) y comparación con los resultados obtenidos mediante interferometría y un aberrómetro tipo Hartmann-Shack (H-S). Aplicación a la calibración de los dos sistemas de TRL desarrollados en esta tesis. En la segunda parte de la tesis, centrada en la medida de la difusión intraocular, se realizó el siguiente trabajo: (3) Diseño, desarrollo y verificación de un dispositivo compacto dual para la caracterización de la difusión intraocular a partir de medidas aberrométricas (TRL) y de doble paso. (4) Desarrollo de algoritmos de análisis y modelado de las medidas realizadas con el dispositivo dual de TRL y doble paso, basado en un difusor superficial (lámina de fase), y en la teoría de Beckmann de scattering en superficies. (5) Medidas realizadas en una población de sujetos normales con edades comprendidas entre 24 y 68 años con el objetivo de estudiar la evolución de la difusión intraocular y las aberraciones con la edad. (6) Medida de una población de sujetos con cataratas de varios tipos (nuclear, cortical y subcapsular posterior) y grados (de 1 a 3) con el objetivo de estudiar el impacto relativo de las aberraciones y la difusión intraocular sobre su calidad de imagen. Las principales conclusiones de la primera parte de la tesis son: (1.1) Los mapas de aberraciones obtenidos con los distintos aberrómetros comerciales y experimentales son equivalentes excepto para el desenfoque (y en menor medida para el astigmatismo), debido al efecto de la aberración cromática longitudinal, asociada al hecho de que los diferentes aberrómetros utilizan diferentes longitudes de onda. (1.2) La precisión de estos aparatos, medida a través de la relación señal-ruido o del error relativo, es moderada (SNR del orden de 10) y totalmente equivalente en todos los dispositivos si consideramos el mismo número de medidas y tipo de análisis en todos ellos. (1.3) La equivalencia encontrada demuestra la robustez y fiabilidad de las técnicas aberrométricas estudiadas, frente a diferentes principios de medida (H-S frente a TRL), frente a diferentes longitudes de onda (del verde al infrarrojo cercano), frente a diferentes patrones de muestreo y número de muestras (desde 37 hasta 91), y frente a diferentes escenarios de medida (clínica oftalmológica frente a laboratorio de óptica). No obstante, estos resultados se obtuvieron con ojos normales y rangos de ametropía moderados, por lo que dicha equivalencia podría no ser extrapolable a ojos con aberraciones altas. (1.4) Es posible fabricar conjuntos de láminas de fase para la calibración de aberrómetros oculares con una elevada exactitud y reproducibilidad, y con un coste marginal bajo. A pesar de que la técnica de fotoescultura en fotorresina comprende diferentes etapas y algunas de ellas consisten en procesos no lineales, se puede alcanzar un resultado altamente fiable si se toman las precauciones necesarias. Dado que se puede alcanzar alta resolución espacial, se pueden generar modos (de Zernike en nuestro caso) de alto orden. De hecho hemos podido comprobar que son especialmente útiles para detectar, y en su caso corregir, errores o desviaciones en aberrómetros oculares, que por su pequeña magnitud serían difícilmente detectables de otra forma. Respecto a la segunda parte de la tesis, podemos destacar las siguientes conclusiones: (2.1) A pesar de las conocidas limitaciones de las medidas de doble paso, nuestro método experimental proporciona una estimación rápida y objetiva de la difusión intraocular a pequeño ángulo. El método basado en la comparación de la MTF aberrométrica y de doble paso está directamente relacionado con la calidad de la imagen retiniana y, por lo tanto, con la calidad visual, al contrario que la luz difusa reflejada que se suele estimar subjetivamente con lámpara de hendidura. (2.2) La incorporación de la teoría rigurosa de scattering a través del modelo de difusor equivalente permite un mejor análisis cuantitativo de los resultados. La caracterización proporcionada por el difusor equivalente es bastante compacta, ya que se reduce a dos únicos parámetros. De esta forma, la calidad óptica total del ojo puede reproducirse a partir de un conjunto de coeficientes de Zernike (aberraciones) más dos parámetros de scattering (rugosidad RMS y longitud de correlación o tamaño de grano). (2.3) Los resultados obtenidos en ojos normales muestran que en sujetos jóvenes y sanos la calidad de imagen queda adecuadamente caracterizada utilizando únicamente las medidas aberrométricas, ya que no se encontraron diferencias significativas en las MTF con respecto a las de doble paso. Sin embargo, los grupos de edad media y edad vanzada muestran un impacto significativo del scattering intraocular, por lo que resulta necesario incorporar un difusor equivalente para describir adecuadamente la calidad de imagen. (2.4) La calidad de la imagen óptica en sujetos con cataratas empeora debido a un incremento tanto en las aberraciones como en la difusión intraocular. El método objetivo propuesto ha permitido discriminar la mayor parte de los sujetos de los grupos de cataratas y de control. Sin embargo, el número de casos estudiados ha sido insuficiente para una clasificación más precisa, dada la gran variedad de distribuciones espaciales de las zonas difusoras incluidas en el grupo analizado. Aunque para determinados usos clínicos puede ser útil examinar ambos cambios (aberraciones y difusión intraocular) de forma conjunta, consideramos que es importante cuantificar y modelar ambos efectos por separado para una mejor comprensión de los cambios ópticos asociados a la aparición y desarrollo de la catarata. (2.5) La inclusión de la distribución espacial dentro de la pupila en el modelo de difusor equivalente, sobre todo en sujetos con cataratas, puede permitir no sólo mayor fidelidad en el modelado de la difusión intraocular, sino también posibilitar una comparación mejor y más directa con otros métodos de estimación de dicha difusión. De hecho nuestros sujetos con cataratas muestran una gran variedad de distribuciones espaciales de las zonas difusoras, por lo que parece imprescindible que los modelos incorporen información personalizada de la distribución espacial. (2.6) Se han comparado las transmitancias efectivas (efecto Stiles-Crawford objetivo) del grupo de control y del grupo de cataratas encontrándose en este último importantes alteraciones frente al patrón Gaussiano clásico. Una normalización por un efecto Stiles-Crawford promedio permite resaltar esas diferencias y encontrar claros patrones espaciales, al menos en el caso de las cataratas nucleares, con pérdidas de transmisión en el centro de la pupila. (2.7) La combinación de distintos parámetros obtenidos a partir de las medidas del dispositivo dual mejora la discriminación entre los sujetos con cataratas y los sujetos del grupo de control. En particular hemos encontrado que tanto la pupila equivalente (efectos de transmisión) como la rugosidad del difusor equivalente (scattering) o el valor RMS de las aberraciones de alto orden son buenos indicadores de la presencia de cataratas.