UNIVERSIDAD DE LA SALLE FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
PROGRAMA OPTOMETRÍA
EVALUACIÓN DE LAS ABERRACIONES CORNEALES Y OCULARES MEDIANTE EL ÍNDICE RMS DE ALTO ORDEN, CON DOS LENTES DE CONTACTO BLANDOS ASFÉRICOS EN PACIENTES CON ASTIGMATISMO
MIÓPICO BAJO.
ELISABETH SUÁREZ PISCIOTTI 50061048 NATALI GUTIÉRREZ RODRÍGUEZ 50061046
UNIVERSIDAD DE LA SALLE FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
PROGRAMA OPTOMETRÍA
EVALUACIÓN DE LAS ABERRACIONES CORNEALES Y OCULARES MEDIANTE EL ÍNDICE RMS DE ALTO ORDEN, CON DOS LENTES DE CONTACTO BLANDOS ASFÉRICOS EN PACIENTES CON ASTIGMATISMO
MIÓPICO BAJO.
ELISABETH SUÁREZ PISCIOTTI 50061048 NATALI GUTIÉRREZ RODRÍGUEZ 50061046
Trabajo de grado para optar al título de Optómetra
Director:
SERGIO MARIO GARCÍA RAMÍREZ Magíster en ciencias de la visión
NOTA DE ACEPTACIÓN _____________________________________ _____________________________________ _____________________________________ _____________________________________ _____________________________________ FIRMA DE JURADO _____________________________________ FIRMA DE JURADO Bogotá D.C., ___________________________________
DEDICATORIA
A Dios.
Por habernos dado sabiduría, fortaleza y salud para llegar a la meta en este gran proyecto.
A nuestros padres.
Porque nos han acompañado, apoyado y fortalecido con amor, paciencia y cariño durante todo nuestro proceso de formación humana y profesional.
A nuestros amigos.
Con quienes compartimos gratas experiencias durante nuestra formación profesional.
A nuestros profesores.
Por su apoyo y motivación para la culminación de nuestros estudios profesionales. A la Universidad de la Salle y en especial a la Facultad de Optometría por permitirnos ser parte de una generación de profesionales al servicio de la salud visual y ocular de nuestro País.
Natali Gutiérrez Rodríguez Elisabeth Suárez Pisciotti
AGRADECIMIENTOS
A Dios por permitirnos trabajar en este proyecto, en compañía de las personas que durante todo el proceso estudiantil se convirtieron en el soporte y compañía no solo de este gran trabajo sino en el día a día, permitiéndonos crear lazos de amistad que perdurarán para toda la vida.
A nuestras familias porque sin su esfuerzo, sacrificio y dedicación no hubiese sido posible llegar a la culminación de nuestra carrera.
Al Centro de Cirugía Refractiva Optiláser S.A, por la financiación del proyecto, el préstamo de sus instalaciones y equipos.
A la Doctora María Victoria Báez, Optómetra, Directora Científica de Optiláser S.A, por su constante apoyo y paciencia, en la realización de esta investigación.
Al Doctor Sergio Mario García, Optómetra, Docente Universidad de la Salle y Director de esta Investigación por su valiosa orientación y dedicación.
A Julián Mauricio Cruz, Estadístico de la Universidad Nacional por su gran colaboración.
Al Doctor Elkin Sánchez, Optómetra, Director de la Clínica de Optometría de la Universidad de la Salle, por permitirnos el acceso a la base de historias clínicas y por el alquiler de consultorios de la Clínica.
A los estudiantes de Optometría que colaboraron de manera voluntaria como pacientes en la realización de esta investigación.
TABLA DE CONTENIDO
Contenido
RESUMEN ... 13
INTRODUCCIÓN ... 15
MARCO TEÓRICO ... 19
LAS ABERRACIONES Y SU IMPACTO EN LA CALIDAD VISUAL ... 19
¿Cómo describir las aberraciones? ... 21
Generalidades ... 21
TEORÍA DEL FRENTE DE ONDA ... 23
Análisis de frente de onda ... 23
Definición de frente de onda ... 23
Método de propagación de un frente de onda ... 23
Definición de difracción ... 25
ABERRACIONES OCULARES ... 26
ANÁLISIS DEL FRENTE DE ONDA E INTERPRETACIÓN DE MAPAS ... 27
Principios de la reconstrucción del frente de onda ... 27
Polinomios de Zernike en la detección del frente de onda ... 28
Principios de la descomposición del frente de onda de los polinomios de Zernike ... 28
Interpretación del frente de onda basada en la descomposición polinómica de Zernike ... 29
Tipos de aberraciones ... 32
Aplicación a la interpretación del frente de onda ... 33
Variación estadística de la aberración en ojos sanos ... 34
Variación de la aberración tras cirugía refractiva ... 34
Variaciones de la aberración con el envejecimiento ... 35
Variación de las aberraciones con la acomodación ... 36
Influencia de la película lagrimal en el análisis de frente de onda ... 37
MEDICIÓN DEL RENDIMIENTO ÓPTICO DEL OJO ... 40
¿Cómo medir las aberraciones? ... 41
Sistema de medición en el plano pupilar ... 43
APARATOS DE MEDICIÓN ... 46
Aberrómetro Coas ... 46
Topógrafo Keratron scout ... 51
ABERRACIONES Y LENTES DE CONTACTO ... 62
LENTES DE CONTACTO ... 62
Diferencias ópticas entre los lentes de contacto y las gafas ... 62
Los lentes de contacto frente a la cirugía refractiva ... 63
Lentes de contacto rígidos gas permeables ... 64
Lentes de contacto blandos ... 65
TECNOLOGÍA DE FRENTE DE ONDA Y LENTES DE CONTACTO ... 66
ENTENDIENDO LA ABERROMETRÍA ... 70
Medición de aberraciones ... 71
LIMITACIONES EN LA CORRECCIÓN DE LAS ABERRACIONES MEDIANTE LENTES DE CONTACTO ... 73
Efectos de las variaciones de la posición del lente de contacto ... 75
Limitaciones en la corrección debidas a la rotación del lente de contacto ... 76
Limitaciones en la corrección debidas a la traslación transversal ... 76
Limitaciones en la corrección debidas a la traslación axial de la compensación ... 77
Limitaciones impuestas por el cambio de las aberraciones en el tiempo ... 77
DESAFÍOS DE CORREGIR LAS ABERRACIONES CON LENTES DE CONTACTO ... 79
EVALUACIÓN DEL RENDIMIENTO VISUAL EN EL OJO CON LENTES DE CONTACTO RÍGIDOS Y BLANDOS ... 83
Rendimiento óptico de los lentes de contacto blandos y rígidos ... 85
Papel de las aberraciones de alto orden ... 85
ABERRACIONES MONOCROMÁTICAS EN EL OJO HUMANO CON LENTES DE CONTACTO ... 87
ABERRACIONES ÓPTICAS EN OJOS CON LENTES DE CONTACTO MEDIDAS CON EL SISTEMA DE TRAZADO DE RAYOS ... 91
CORRECCIÓN DE LAS ABERRACIONES CON LENTES DE CONTACTO ... 93
¿Qué hacer para corregir las aberraciones? ... 93
CORRECCIÓN DE LAS ABERRACIONES CON LOS ACTUALES DISEÑOS DE LENTES ... 95
Nivel de las aberraciones de alto orden y el impacto su impacto visual ... 95
CORRECCIÓN DE LAS ABERRACIONES OCULARES CON LENTES DE CONTACTO
BLANDOS ... 99
Corrección de las aberraciones de alto orden con lentes de contacto blandos ... 101
Requisitos básicos de un lente de contacto para corregir las aberraciones de alto orden ... 103
COMPARACIÓN DE LAS ABERRACIONES OCULARES USANDO DIFERENTES TIPOS DE LENTES DE CONTACTO BLANDOS SEGÚN EL MÉTODO DE FABRICACIÓN . 105 LENTES DE CONTACTO ASFÉRICOS ... 108
Aberraciones en ojos normales ... 109
La aberración esférica, la córnea y el cristalino ... 111
La aberración esférica y su corrección ... 112
El rendimiento de los lentes de contacto asféricos en la corrección astigmatismo bajo ... 117
Cambios en la aberración esférica con la acomodación y la edad ... 118
ASFERICIDAD Y LENTES DE CONTACTO ... 119
Asfericidad Vs aberración esférica ... 120
¿Cómo afecta la aberración esférica la visión? ... 121
Corrección de la aberración esférica con lentes de contacto blandos ... 122
Calculo teórico de la aberración esférica en lentes de contacto blandos ... 124
EFECTO DE LAS ABERRACIONES DE TERCER ORDEN EN LA VISIÓN ... 125
MATERIALES Y MÉTODOS ... 128 Tipo de investigación ... 128 Población ... 128 Muestra poblacional ... 128 Criterios de inclusión ... 128 Criterios de exclusión ... 128
TÉCNICAS E INSTRUMENTOS DE RECOLECCIÓN DE DATOS ... 129
PROCEDIMIENTOS Y TÉCNICAS A EMPLEAR ... 134
PLAN DE ANÁLISIS ... 138
PROCESAMIENTO Y ANÁLISIS ESTADÍSTICO DE DATOS ... 143
RESULTADOS ... 151
Primera etapa ... 151
Segunda etapa ... 154
Primera Etapa ... 162 Segunda etapa ... 167 CONCLUSIONES ... 174 RECOMENDACIONES ... 176 BIBLIOGRAFÍA ... 177 ANEXOS ... 183
LISTA DE TABLAS
Tabla 1. Parámetros lente de contacto Pure Vision………...133 Tabla 2. Parámetros lente de contacto Definition AC………133 Tabla 3. Comparación de RMS de alto orden con y sin lente de contacto en el
aberrómetro coas y topógrafo Keratron Scout……….139 Tabla 4. Comparación del valor de las aberraciones de tercer y cuarto nivel (coma, trifolio,
esférica, astigmatismo secundario y cuatrifolio) con y sin lentes de contacto en el aberrómetro Coas y topógrafo Keratron Scout .... ………...140 Tabla 5. Variables estadísticas estudiadas……….143 Tabla 6. Variables de RMS……….145 Tabla 7. Variables efecto del Pure Vision sobre las aberraciones
oculares………. 146 Tabla 8. Variables efecto del Definition AC sobre las aberraciones oculares………146 Tabla 9. Variables efecto del Pure Vision sobre las aberraciones corneales………146 Tabla 10. Variables efecto del Definition AC sobre las aberraciones
corneales………147 Tabla 11. Variables modificación del Pure Vision sobre las aberraciones
oculares………..147 Tabla 12. Variables modificación del Definition AC sobre las aberraciones
oculares………..147 Tabla 13. Variables modificación del Pure Vision sobre las aberraciones
corneales………148 Tabla 14. Variables modificación del Definition AC sobre las aberraciones
corneales………148 Tabla 15. Descriptivo de las variables………..149
LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Sistema óptico. ... 19
Figura 2. Aberración del frente de onda. ... 20
Figura 3. Aberración esférica de un lente ... 24
Figura 4. Ejemplo de una compensación adecuada corneal/interna de las aberraciones de alto orden en una persona joven ... 35
Figura 5. Efectos ópticos de la disrupción de la película lagrimal. ... 38
Figura 6. Los tres mapas de contornos arriba muestran que las medidas del frente de onda pueden demostrar resultados consistentes a través del tiempo ... 38
Figura 7. El mapa observado y la información pueden también variar dependiendo del tamaño de la pupila con la cual se efectuó el estudio ... 39
Figura 8. Aberrómetro Coas ... 47
Figura 9. Un punto de luz reflejándose en la fóvea y saliendo de los ojos, en tres sujetos con miopía, hipermetropía y un ojo normal (emetropía) ... 48
Figura 10. Diagrama esquemático del aberrómetro tipo Shack-Hartmann ... 49
Figura 11. Topógrafo Keratron Scout ... 53
Figura 12. Mapa axial ... 55
Figura 13. Mapa de curvatura. Gráfico citado de ... 56
Figura 14. Mapa refractivo. Gráfico citado ... 56
Figura 15. Mapa de elevación ... 57
Figura 16. Diámetro pupilar y datos de Zernike pueden ser seleccionados mejorando la calidad del mapa wavefront ... 59
Figura 17. Formatos de presentación de las aberraciones. ... 59
Figura 18. Mapas aberrométricos ... 70
Figura 19. Corrección de las aberraciones por medio de lentes de contacto ... 73
Figura 20. Impacto de la traslación y rotación de los lentes de contacto en las aberraciones ... 80
Figura 21. Polinomios de Zernike ... 94
Figura 22. Porcentaje de las aberraciones del alto orden y aberración esférica ... 103
Figura 23. Aberraciones en ojos normales. ... 109
Figura 24. La aberración esférica en ojos normales ... 110
Figura 26. Relación entre el poder y la aberración
esférica………..116 Figura 27. Relación entre el poder de la esfera y la aberración esférica inducida ... 121 Figura 28. Aberración esférica del lente de contacto + ojo ... 122 Figura 29. Porcentaje del cambio de las aberraciones de alto orden con el uso de lentes de contacto. ... 131 Figura 30. Porcentaje de corrección de la aberración esférica con lentes de contacto .. 131 Figura 31. Mapas aberrométricos de aberración esférica ... 132 Figura 32. El control de aberración esférica, reduciendo aberraciones de alto orden y mejorando la profundidad del campo visual ... 133 Figura 33. Modificación de las aberraciones oculares de alto orden entre el tercer y cuarto nivel con el lente de contacto Pure Vision de B&L. ... 154 Figura 34. Modificación de las aberraciones oculares de alto orden entre el tercer y cuarto nivel con el lente de contacto Definition AC. ... 155 Figura 35. Modificación de las aberraciones corneales de alto orden entre el tercer y cuarto nivel con el lente de contacto Pure Vision de B&L ... 156 Figura 36. Modificación de las aberraciones corneales de alto orden entre el tercer y cuarto nivel con el lente de contacto Definition AC ... 157 Figura 37. Efecto en la aberración ocular de alto orden con el lente de contacto Pure Vision de B&L. ... 158 Figura 38. Efecto en la aberración ocular de alto orden con el lente de contacto Definition AC ... 159 Figura 39. Efecto en la aberración corneal de alto orden con el lente de contacto Pure Vision de B&L ... 160 Figura 40. Efecto en la aberración corneal de alto orden con el lente de contacto
Definition AC ... 161 Figura 41. RMS ocular de alto orden ... 164 Figura 42. RMS corneal de alto orden ... 165 Figura 43. Modificación en porcentaje del RMS ocular y corneal de alto orden con el lente Pure Vision y Definition AC. ... 166 Figura 44. Efecto en la aberración ocular con lente de contacto Pure Vision de B&L ... 170 Figura 45. Efecto en la aberración ocular con lente de contacto Definition AC ... 170 Figura 46. Efecto en la aberración corneal con lente de contacto Pure Vision de B&L. .. 172 Figura 47. Efecto en la aberración corneal con lente de contacto Definition
13
EVALUACIÓN DE LAS ABERRACIONES CORNEALES Y OCULARES MEDIANTE EL ÍNDICE RMS DE ALTO ORDEN, CON DOS LENTES DE CONTACTO BLANDOS ASFÉRICOS EN PACIENTES CON ASTIGMATISMO
MIÓPICO BAJO.
RESUMEN
Síntesis del problema: gracias a los avances que se han hecho con la
tecnología de frente de onda, se ha podido utilizar la aberrometría como una herramienta clínica para evaluar el comportamiento de las aberraciones del lente de contacto sobre el ojo, haciendo de esta un método excelente para evaluar las aberraciones de alto orden en el sistema óptico ojo/lente y determinar cómo estas impactan en la calidad óptica del sistema visual. Objetivo: determinar qué lente de contacto blando asférico modifica más el valor RMS de alto orden en las aberraciones oculares y corneales en pacientes con astigmatismo miópico bajo.
Materiales y métodos: se estudiaron 40 ojos de mujeres y hombres no usuarios
de lentes de contacto, entre los 18 y 25 años, con una miopía no mayor a 3.00 D y un astigmatismo menor a 1,25 D con la regla, en la ciudad de Bogotá. Se organizaron cinco grupos de cuatro pacientes, a cada grupo se les realizaron las medidas con el Aberrómetro Coas y el Topógrafo Keratron Scout en tres momentos el mismo día: primera toma sin lente de contacto, segunda toma con lente de contacto Pure Vision, tercera toma con lente de contacto Definition AC.
Resultados: en la primera etapa se encontró que con ambos lentes se aumenta el
RMS de alto orden ocular y corneal en todos los casos de estudio, el lente Pure Vision aumenta más el RMS corneal de alto orden (16%) que el lente Definition AC (12.9%) y este aumenta más el RMS ocular de alto orden (19%) que el lente Pure Vision (8%). En la segunda etapa se determinó que la aberración corneal que más se modificó fue la aberración coma y la aberración esférica para las aberraciones oculares. Al determinar su efecto real, ambos lentes tuvieron un efecto significativo en la aberración esférica disminuyéndola tanto en las aberraciones oculares como en las corneales.
14
Conclusiones: Aunque los dos lentes de contacto aumentan el RMS de alto orden
tanto el ocular como el corneal. En el presente estudio el lente que tuvo un mejor rendimiento óptico fue el lente Pure Vision ya que fue el que menos aumentó el RMS ocular de alto orden.
Palabras claves: aberraciones oculares, aberraciones corneales, lentes de
15
INTRODUCCIÓN
La medición y corrección de las aberraciones se han convertido en un emocionante sujeto de investigación en los últimos años, ya que se ha cambiado dramáticamente la manera en que se ve el análisis de refracción y la adaptación de lentes de contacto. En la actualidad se está produciendo un avance tecnológico que hace posible mejorar la corrección visual con lentes de contacto, pues la cirugía refractiva ha incrementado la conciencia de corregir las aberraciones de alto orden. La aberrometría ofrece nuevas oportunidades para avanzar en la comprensión de las formas en las cuales los lentes de contacto interactúan con ojos normales y anormales, esto probablemente empiece a ser una herramienta común en la contactología, que permitirá un progreso significativo en la capacidad de seleccionar diseños de lentes que ofrezcan un mejor funcionamiento óptico y visual para el ojo (Charman, 2005) (Hofer et al., 2001) (Marcos et al., 2008).
Recientemente, se ha generado un gran interés en el uso de lentes de contacto para corregir los parámetros de desenfoque óptico más allá de la esfera y el cilindro. Para lograr este ideal se requería la fabricación de lentes de contacto que otorgaran una visión personalizada. En la actualidad, probablemente el costo sea uno de los obstáculos más grandes, al igual que, la manufactura y los tiempos de elaboración.
Para su producción a un nivel comercialmente viable algunos fabricantes han creado lentes de contacto, utilizando un promedio de aberraciones en la población normal con el objetivo de modificar la aberración esférica, que es la aberración de alto orden más importante (Cox, 2004). Este ha sido el argumento para decir que corregir las aberraciones de alto orden tienen un gran efecto en la calidad de la imagen retinal y es por esta razón, que en los últimos años los lentes de contacto blandos han estado disponibles en diseños asféricos que aparte de corregir las aberraciones de bajo orden (miopía, hipermetropía, astigmatismo) minimizan las aberraciones de alto orden y así mejoran el rendimiento visual.
16 Algunas investigaciones indican que los lentes de contacto blandos aumentan las aberraciones de alto orden, incrementándose el valor RMS a diferencia de los lentes de contacto RGP que disminuyen este valor. Ellos argumentan que la inducción de aberraciones por parte de los lentes de contacto blandos se debe a diferentes factores entre los que se incluyen; descentración del lente de contacto sobre la superficie corneal, deformación de la curva base y la compleja interrelación entre la película lagrimal, lente de contacto y superficie corneal. (Lu F; Xu D, 2003). Hongjun Jiang et al, 2006, afirman que las aberraciones de frente de onda en ojos con lentes de contacto blandos varían de un tipo de lente a otro y aunque la variación de las aberraciones de frente de onda puede atribuirse a las diferencias en los métodos de fabricación, la influencia de otros factores como el material del lente y el diseño del lente no puede excluirse y merecen una mayor investigación. Hong X, Himebaugh N, Thibos LN , 2001 manifiestan que para un usuario de lentes de contacto, la calidad visual no sólo depende de la óptica del ojo, sino también de las propiedades ópticas del lente y su interacción con el ojo, especialmente la córnea y la película lagrimal. Applegate (1991, citado en (Cheng Xu; Bradley A, Hong X, Thibos L., 2003) utilizando un aberroscopio de un solo paso, encontró un incremento de las aberraciones esféricas y de coma en los paciente miopes, al contrario Collins et al (1995 citado en Cheng Xu 2003) encontró con un aberrómetro de doble paso, una disminución promedio de la aberración esférica en pacientes miopes en comparación de los emétropes. Kollbaum and Bradley (2005, citado en Kenneth A 2008) concluyen que los lentes de contacto asféricos fallan en el enmascaramiento del astigmatismo, y que los lentes de contacto tóricos son más eficaces en la corrección del mismo y que posiblemente la mejoría de la agudeza visual usando lentes asféricos ocurre por la reducción de la aberración esférica. Así mismo, (Pete Kollbaum , Arthur Bradley, 2005) confirma lo anterior, apoyando la hipótesis de que los lentes de contacto blandos asféricos enmascaran el astigmatismo, y que el incremento de la agudeza visual que se reporto con los lentes de contacto asféricos se debe a la corrección de la aberraciones esféricas.
17 Edwards en el 2006 realizó un estudio con 7 tipos lentes en el mercado y encontró que algunos lentes blandos asféricos tienen efecto en la corrección de las aberraciones esféricas entre estos están; Definition AC con un 52%, Pure Vision 36%, O2 Optix 16% , Frequency 55 AS 13% , Biomedics Premier 7%, también encontró que algunos de estos disminuyen las aberraciones de alto orden; entre estos se encuentran; Definition AC con un 27 %, Frequency 55 AS con un 6% , Pure Vision con un 5% y Biomedics Premier con un 1% y concluye que no corregir las aberraciones de alto orden produce en el paciente inconfort, particularmente en condiciones mesópicas y escotópicas y aunque hay disponibles lentes de contacto que incorporan diseños basados en óptica asférica que intentan corregir las aberraciones del alto orden, se debe tener en cuenta que todos los diseños no son iguales.
Hemos visto en diversos estudios, que gracias a los avances que se han hecho con la tecnología de frente de onda, se ha podido utilizar la aberrometría como una herramienta clínica para evaluar el comportamiento de las aberraciones en el sistema ojo/lente y cómo, estas impactan en la calidad óptica del sistema visual. Medir las aberraciones, mediante esta tecnología, está tomando importancia en nuestra práctica clínica; tanto por el control de las aberraciones inducidas por el lente como las que son inherentes al ojo, es por esto que, los nuevos diseños de los lentes de contacto abren una nueva era en sus métodos de fabricación y por ende en la corrección de la visión, al corregir las aberraciones de alto orden y no solo las de bajo orden.
Por esta razón, el objetivo del presente estudio, es evaluar el comportamiento de dos lentes de contacto blandos asféricos mediante el valor RMS de alto orden en las aberraciones oculares y corneales en pacientes con astigmatismo miópico bajo. Se incluyen a continuación en forma detallada los objetivos. Es de aclarar que la presente investigación no evalúa el rendimiento visual sino la calidad óptica del sistema ojo lente.
18
OBJETIVO GENERAL
• Determinar qué lente de contacto blando asférico modifica más el valor RMS de alto orden en las aberraciones oculares y corneales en pacientes con astigmatismo miópico bajo.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
• Determinar qué modificación sufre el valor RMS de alto orden de las aberraciones oculares y corneales con los lentes de contacto Pure Vision de B&L y Definition AC de OC con respecto al valor RMS de alto orden sin lente de contacto.
• Determinar cuál de los dos lentes de contacto modifican más el valor RMS de alto orden de las aberraciones oculares y corneales, el Pure Vision de B&L o el lente Definition AC de OC.
• Determinar qué valor RMS de alto orden se modifica más con los lentes de contacto Pure Vision de B&L y Definition AC de OC, las oculares medidas con el aberrómetro Coas o las corneales medidas con el topógrafo Keratron Scout.
• Establecer, cuál aberración ocular y corneal de alto orden entre el tercer y cuarto nivel sufre mayor modificación con el uso de los lentes de contacto Pure Vision de B&L y Definition AC de OC,
• Determinar el efecto de los lentes de contacto Pure Vision de B&L y Definition AC de OC en cada una de las aberraciones oculares y corneales de alto orden entre el tercer y cuarto nivel.
19
MARCO TEÓRICO
LAS ABERRACIONES Y SU IMPACTO EN LA CALIDAD VISUAL
Desde la antigüedad, los griegos intentaron descifrar el enigma de la luz y la consideraron un fenómeno continuo que se propagaba en la forma de una sustancia ordinaria llamada el "rayo visual". .Aristóteles interesado en las sensaciones en general, no admitió la existencia del rayo visual y creía en la analogía entre la luz y el sonido, cuya naturaleza vibratoria ya se conocía. En el siglo XI, la teoría del rayo visual fue abandonada definitivamente a favor del trabajo del iraquí Ibn al-Haytham, quien revolucionó la óptica. Este matemático y óptico explicó la visión de la forma anunciada más adelante y apoyó sus conceptos en pruebas experimentales. Los objetos en la oscuridad no pueden ser vistos simplemente debido a que no proviene de ellos una luz que el ojo pueda detectar. Sin embargo, un objeto, iluminado por una fuente luminosa, refleja una parte de esta luz, que el ojo capta y el cerebro interpreta. Cada punto del objeto emite un número infinito de rayos, una parte de los cuales entran al sistema óptico del ojo. Este sistema los modifica para construir una imagen. Idealmente esta imagen es un punto, llamada imagen puntual, en la cual todos los rayos que penetran al ojo convergen. (Hamman.H, 2003)
Figura 1. Sistema óptico. a) Perfecto: La imagen de cualquier punto P es un punto P': Para cualquier punto P1 frente de onda saliente es un frente de onda convergente esférico, b) Sistema óptico real: Para un objeto puntual corresponden varias imágenes puntuales que forman juntas una imagen borrosa. Gráfico citado de (Hamman.H, 2003)
20 Basándose en la óptica ondulatoria, el sistema del ojo debería transformar el frente de onda entrante en un frente de onda convergente esférico perfecto, teniendo a la imagen puntual como centro. Los rayos modificados por el sistema óptico no convergen enteramente en una imagen puntual común. Para un objeto puntual corresponden varias imágenes puntuales que forman una imagen borrosa. Esta desviación del estado ideal es llamada "aberración" y es una medida de la calidad óptica del sistema. Las aberraciones pueden ser cuantificadas ya sea con respecto a la imagen puntual esperada o al frente de onda correspondiente a este punto ideal. Si comparamos el frente de onda real saliente con el ideal, llamamos la diferencia entre ellos "aberración de frente de onda" y lo denominamos "W". En general, entre más se aleje del cero la aberración del frente de onda, aumenta la diferencia entre la imagen real y la imagen ideal. Por lo tanto, la calidad de la imagen formada en la retina es más pobre. (Hamman.H, 2003)
Figura 2. Aberración del frente de onda. En la realidad los rayos formadores de imagen no se unen en un único punto. El frente de onda formador de imagen no es un frente de
onda perfectamente esférico. El distanciamiento de este frente de onda ideal es conocido como la aberración del frente de onda: W. Gráfico citado de (Hamman.H, 2003)
21 ¿Cómo describir las aberraciones?
Como se mencionó en la introducción, se pueden utilizar dos conceptos para describir las aberraciones, a saber, la óptica de rayos y óptica de ondas. Un sistema óptico origina la formación perfecta de una imagen puntual si todos los rayos formadores de imagen coinciden en un único punto. Sin embargo, esta condición ideal nunca es alcanzada en la práctica debido a la presencia de las "aberraciones". Los rayos salientes correspondientes a un objeto puntual no coinciden en un solo punto. Podemos expresar la formación de la imagen ideal por medio de ondas. De hecho, un sistema óptico perfecto debería originar una onda esférica convergente centrada en la imagen puntual ideal. En la práctica, las on-das salientes son diferentes de esta onda ideal y la desviación del frente de onda ideal con respecto al frente de onda de diferencia se denomina "aberraciones del frente de onda". Dado que las aberraciones del frente de onda son más comúnmente utilizadas para expresar el desempeño óptico del ojo. (Hamman.H, 2003)
Generalidades
El sistema óptico del ojo no es un sistema perfecto pues como cualquier sistema óptico presenta unas limitaciones en su poder de resolución, debidas principalmente a factores ópticos y a factores retinianos. Los factores retinianos no pueden ser modificados, puesto que se trata de una limitación impuesta por la morfología del mosaico retiniano (Damian, 2008). En cuanto a los factores ópticos tenemos la dispersión luminosa, la difracción y las aberraciones ópticas.
22 El fenómeno de la dispersión es debido principalmente a la composición del material intraocular y a la transmitancia de cada uno de los elementos del sistema. (David P. Piñero Llorens, Dolores Ortiz Márquez, 2008). La difracción en cambio, se debe a la naturaleza ondulatoria de la luz y consiste en el aumento de la distorsión de la imagen retiniana a medida que la apertura pupilar se reduce por los efectos refractivos cerca del borde de la apertura pupilar (Doane & Morris, 2003) sin embargo, cuando el ojo se halla en condiciones fotópicas tenemos una disminución del efecto de las aberraciones ópticas, por el contrario, cuanto mayor sea la pupila de entrada en un sistema óptico, menos difracción influirá en la calidad de la imagen. (Damien, 2008) por lo tanto podemos afirmar que la pupila controla la calidad de la imagen retiniana y que esta será más definida cuando la pupila tiene solo de 2-3 mm de diámetro.
Las aberraciones ópticas, son defectos ópticos del sistema ocular que se manifiestan en una distorsión y desenfoque de la imagen retiniana. Estos defectos pueden distinguirse en dos tipos principales de aberración: las aberraciones cromáticas que se originan porque el índice refractivo depende en realidad de la frecuencia o color (Damien, 2008) y las aberraciones monocromáticas. Dentro de los defectos ópticos monocromáticos que pueden estar presentes en el sistema óptico ocular hallamos el error esferocilíndrico (segundo orden) que puede ser corregido con lentes oftálmicos; o defectos de alto orden como la coma y la aberración esférica.
23
TEORÍA DEL FRENTE DE ONDA
Análisis de frente de onda
El uso de la tecnología de frente de onda se ha convertido en el foco de atención, debido a los rápidos avances logrados en la tecnología para medir las propiedades ópticas del ojo humano.
Definición de frente de onda
Una onda, ya sea luminosa o sonora, se define por su frecuencia (número de oscilaciones por unidad de tiempo) y su velocidad de propagación. La longitud de onda de una onda de luz monocromática depende de estos dos parámetros. El espectro visible corresponde a longitudes de onda de 400-700 nm. Un frente de onda se propaga como las ondulaciones superficiales que emanan del punto de impacto de una piedra arrojada a un depósito de agua. En un medio homogéneo, una fuente de luz monocromática emite frentes de onda que se propagan a una velocidad constante en todas las direcciones desde la fuente. En un momento dado, los puntos del espacio situados a la misma distancia desde dicha fuente pre-sentan el mismo estado de valor del campo electromagnético. El frente de onda es la envolvente de estos puntos y en este caso debería ser esférico. (Damien, 2008)
Método de propagación de un frente de onda
Si un frente de onda plano se refracta por un lente plano, su velocidad disminuye de forma proporcional al valor del índice refractivo del lente. Dado que la frecuencia no varía, la longitud de onda se reduce en el lente. Cuando la superficie del lente plana es paralela a la envolvente del frente de onda, no se producirá una variación de fase, y la forma del frente de onda no se modificará cuando salga del lente. (Damien, 2008)
24 Cuando la superficie del lente plano no es paralela a la del frente de onda incidente, éste sufrirá una desviación, pero sin que se modifique su forma. Debido a la posición oblicua del lente, en comparación con la de la onda, parte de ésta verá reducida su velocidad, mientras que la otra parte aún se desplazará a una velocidad no modificada. Esto producirá una variación de la posición de todo el frente de onda.
Si un frente de onda plano se propaga a través de un lente plano convexo, la trayectoria óptica será diferente en el caso de la onda que penetra en el lente en una localización diferente (la trayectoria óptica será máxima en el centro del lente). Ésta introduce un retraso de la fase de la porción central del frente de onda con relación a sus bordes. Esto provocará que el frente de onda emergente converja. Por tanto, dado un frente de onda plano que viaje a través de un lente convexo perfecto, el frente de onda emergente resultante se modificará y pasará a ser esférico, de forma que todos los rayos de luz perpendiculares al frente de onda llegan exactamente a un punto.
La distorsión del frente de onda puede considerarse como una distribución del retraso de fase en relación con su punto más avanzado. Después de haber viajado por un medio homogéneo (índice refractivo constante), las longitudes de onda que tienen la trayectoria más larga saldrán más tarde que las que tienen una trayectoria más corta. Esta diferencia en la trayectoria óptica puede expresarse en micras.
Cuando varios colores distintos de luz se propagan a diferentes velocidades en un medio, el índice refractivo es dependiente de la longitud de onda. Un ejemplo bien conocido es un prisma de cristal que dispersa un rayo incidente de luz blanca en ángulos iguales. Debido a. que los diversos medios ópticos tienen un índice refractivo distinto para cada longitud de onda lumínica, la aberración cromática del ojo humano se debe a que las distintas longitudes de onda se enfocan en puntos diferentes.
25 Por tanto, las aberraciones cromáticas corresponden a desviaciones respecto a la formación de una imagen perfecta, que se deben a la dispersión y que aparecen sólo con la luz policromática. Provocan una disminución del contraste de la imagen retiniana, Sin embargo, existe una mayor ganancia cuando las aberraciones monocromáticas se corrigen sin restablecer la aberración cromática que cuando sólo se corrigen las aberraciones policromáticas. En la actualidad, no existe una solución práctica para corregir las aberraciones policromáticas. (Damien, 2008)
Definición de difracción
La difracción implica la inclinación de las ondas alrededor de los obstáculos. Suele estar determinada por el principio de Huygens, que establece que cada punto de un frente de onda actúa como una fuente de diminutas ondas que avanzan a la misma velocidad que la onda; el frente de onda en un instante posterior es la superficie que es tangente a las pequeñas ondas. La presencia de un obstáculo induce una distorsión en la propagación del frente de onda. Por tanto, es imposible obtener un frente de onda perfectamente esférico. En el caso de la difracción debida a una abertura, cuanto más estrecha sea ésta, mayor será el efecto sobre el frente de onda que se propaga más allá de la abertura. Por el contrario, cuanto mayor sea la pupila de entrada en un sistema óptico, menos difracción influirá en la calidad de la imagen. La difracción por sí sola provoca una imagen poco borrosa denominada disco de Airy, que representa la «dispersión» de la luz incidente provocada por la difracción pupilar y hace que el astigmatismo perfecto sea prácticamente imposible en cualquier sistema óptico de diafragma. Las aberraciones en el sistema óptico del ojo contrarrestan las mejoras de resolución previsibles según la teoría de la difracción con el aumento del tamaño pupilar. En un ojo normal con una corrección adecuada esférica y cilíndrica, las aberraciones de alto orden que se ponen de manifiesto por la dilatación de la pupila comenzarán a degradar la calidad de la imagen más que la difracción para diámetros pupilares mayores de 3 mm. (Damien, 2008)
26
ABERRACIONES OCULARES
La óptica paraxial, u óptica de primer orden, se basa en el supuesto de que la altura desde los rayos de luz incidentes al eje óptico es pequeña y que el sistema óptico carece de aberraciones. En estas condiciones ideales, las superficies esféricas producirán unas imágenes perfectas. Los sistemas ópticos de la vida real, como el ojo humano, no son perfectos, y la descripción de sus propiedades ópticas queda fuera del dominio paraxial. Las desviaciones de las condiciones idealizadas de la óptica paraxial se denominan aberraciones de alto orden.
Pueden distinguirse dos tipos principales de aberración; aberraciones cromáticas (que se originan porque el índice refractivo depende en realidad de la frecuencia o color) y aberraciones monocromáticas. Estas últimas se dividen en subgrupos, como aberración esférica, tipo coma, etcétera. Las aberraciones ópticas monocromáticas de los sistemas ópticos aumentan a medida que se incrementa la altura del rayo incidente.
Figura 3. Aberración esférica de una lente. Los rayos que inciden en la superficie a una mayor distancia por encima del eje se enfocan más cerca del vértice. Esos rayos se frenan cuando la pupila es estrecha, Si ésta es amplia, los rayos marginales se inclinan demasiado y se enfocan delante de los rayos paraxiales. La distancia entre la Intersección axial de un rayo y el foco paraxial se denomina aberración esférica longitudinal. La aberración esférica desvía la luz fuera del disco central a los anillos circundantes. Si se coloca una pantalla en el plano focal de este lente, la imagen de una fuente puntual aparecerá como un punto central brillante en el eje rodeado por un halo simétrico delineado por el cono de los rayos marginales. La envolvente de los rayos refractados se denomina curva cáustica. Gráfico citado de (Damien, 2008)
27 El ojo normal emétrope está «libre de aberraciones» cuando su diámetro pupilar es menor de 2,5 mm. Con ese diámetro pupilar, la difracción producida en los bordes de la pupila es el único factor que determina el tamaño de la imagen retiniana de una fuente puntual. Cuando el diámetro pupilar se incrementa, la calidad de la imagen retiniana disminuye, debido al aumento de las aberraciones ópticas. Sin embargo, en un ojo que no tuviese aberración óptica, la calidad de la imagen retiniana aumentaría cuando la pupila se dilatase, debido a la reducción del efecto de la difracción, y dicho ojo se denominaría (limitado por difracción). Las aberraciones oculares suelen cuantificarse en términos de aberración de un frente de onda expresada en micras. Provocan una mayor dispersión de la luz que emana de una fuente luminosa puntual incoherente y que está formando una imagen en la fóvea de un paciente que tiene la vista fijada en ella. En función, de la cantidad de esta dispersión, puede producirse, una reducción de la sensibilidad del contraste y de la agudeza visual. Sólo se han realizado unos pocos estudios sobre las aberraciones de segundo orden y de alto orden en el campo visual periférico del ojo. En ellos se muestra que la aberración óptica aumenta con rapidez fuera del eje de fijación. (Damien, 2008)
ANÁLISIS DEL FRENTE DE ONDA E INTERPRETACIÓN DE MAPAS
Principios de la reconstrucción del frente de onda
El método preferido de ajuste de superficie para caracterizar las características de la envolvente del frente de onda en este caso utiliza los polinomios de Zernike. La reconstrucción del frente de onda mediante los polinomios de Zernike permite la extracción de información útil. Esta expansión matemática se ha utilizado ampliamente en óptica y astronomía para descomponer las aberraciones ópticas de un sistema óptico en aberraciones bien caracterizadas. Estas aberraciones incluyen las de tipo esférico y cilíndrico, pero el análisis de Zernike también permite la extracción de aberraciones de alto orden, como la de tipo coma y la aberración esférica, es decir, los términos de Zernike por encima del tercer orden.
28 Este concepto deriva de la descomposición de Fourier, pero en lugar de utilizar funciones simples de seno/coseno, se basa en el empleo de funciones de Zernike. (Damien, 2008)
Polinomios de Zernike en la detección del frente de onda
Los polinomios de Zernike son especialmente útiles para la descomposición del frente de onda. Estas funciones suelen representarse en una pirámide. Se expresan en el disco pupilar unitario, y la pupila ocular humana también es circular. Estas funciones se definen en un sistema cartesiano convencional centrado en el punto medio de la pupila de entrada ocular. Los primeros polinomios de Zernike tienen una interpretación física práctica, porque corresponden a las aberraciones ópticas clásicas. Cada función de Zernike es el producto de un polinomio y de una función coseno o seno. Pueden ponderarse de forma selectiva para reflejar su papel relativo en la distorsión del frente de onda. La suma de todos los polinomios ponderados permite la reconstrucción del frente de onda total. (Damien, 2008).
Principios de la descomposición del frente de onda de los polinomios de Zernike
El objetivo principal de la descomposición es determinar el valor de los coeficientes para cada polinomio. Esto se logra mediante un cálculo matricial computarizado, en el que debe minimizarse la diferencia entre el frente de onda medido en realidad y la suma de los polinomios de Zernike. Por tanto, los coeficientes se calculan de forma que se minimiza la suma del cuadrado de la diferencia de elevación respecto a la superficie de referencia. Cada coeficiente RMS (acrónimo inglés de raíz cuadrática media) para un término de Zernike concreto corresponde a su contribución a la desviación estándar total del frente de onda.
29 La descomposición en polinomios de Zernike es una aproximación del frente de onda medido. Puede presentar imprecisiones o errores, sobre todo en los frentes de onda muy distorsionados (descentramiento de la zona óptica, queratocono avanzado, etc).
El valor del diámetro pupilar sobre el que se realiza la reconstrucción del frente de onda es crucial. La variación de los coeficientes en función del diámetro pupilar es exponencial y proporcional al orden radial del polinomio de Zernike. Para permitir la comparación, los diámetros pupilares deben ser idénticos entre las distintas exploraciones. El valor directo del coeficiente RMS de un polinomio concreto o de un grupo de polinomios no refleja directamente la calidad de visión. Algunas aberraciones se compensan con otras y, a igual magnitud, algunas de ellas son más perjudiciales que otras para la agudeza visual. (Damien, 2008).
Interpretación del frente de onda basada en la descomposición polinómica de Zernike
Las funciones de Zernike son mutuamente ortogonales, y el error RMS del frente de onda de cada función viene dado por su coeficiente. Por consiguiente, una expansión de Zernike proporciona un esquema adecuado de cálculo en el que el error RMS total del frente de onda es igual a la raíz cuadrada de la suma de los cuadrados de los coeficientes individuales en el espectro de Zernike de un mapa de aberración del frente de onda (desviación del frente de onda real en comparación del frente de onda plano, a mayor RMS mayor aberración y peor calidad visual)
30 Estos coeficientes individuales pueden enumerarse en función de su número de orden radial n:
Aberración con n = 0. Corresponde al término pistón (desviación constante de
fase) que no provoca distorsión de la imagen.
Aberración con n = 1. Corresponde a la inclinación. La inclinación es un error
prismático. Provoca que el frente de onda ideal mantenga una forma ideal, pero inclinada respecto a su posición original. Se origina a partir de las diferencias de la angulación media de los elementos constitutivos del ojo.
Aberración con n = 2. Corresponde al desenfoque y al astigmatismo, es decir, a
la ametropía esferocilíndrica. El desenfoque provoca una distorsión parabólica del frente de onda plano ideal. La ponderación selectiva de cada uno de los dos polinomios correspondientes al astigmatismo de segundo grado permite la determinación tanto de la magnitud como del eje.
Aberración con n = 3. Los polinomios que corresponden a las aberraciones de
tercer orden radial se denominan coma y trébol en la clasificación de Zernike. Reflejan la presencia de una asimetría en las propiedades refractivas del ojo que pueden ser la consecuencia de la asimetría, la irregularidad, la inclinación o el descentramiento de las superficies oculares. Ninguna característica anatómica común a todos los ojos podría ser responsable de aberraciones de tercer orden.
Los ejes de estas aberraciones orientadas parecen distribuirse de forma aleatoria, aunque se ha descrito una ligera tendencia a que el eje del tipo coma se oriente en sentido vertical. Suelen incrementarse tras la queratomileusis in situ con láser (LASIK) o después de la queratectomía fotorrefractiva (QFR), lo que puede reflejar una imprecisión relativa en el centrado del tratamiento. La aberración de tipo trébol suele asociarse con una cuantía significativa de toricidad corneal irregular y asimétrica.
31
Aberración con n = 4. Las aberraciones esféricas corresponden a una diferencia
de la focalización de los rayos que penetran en la periferia de la pupila de entrada respecto a los rayos localizados en el área pupilar central (condiciones paraxiales). El valor del coeficiente de aberración esférica C4 se desvía hacia valores positivos en los ojos sanos. La aberración esférica según se define por el modo Z4 de Zernike induce un efecto en la región central de la pupila que se encuentra en la dirección opuesta a la del desenfoque Z20 del mismo signo. Por tanto, cuando tienen el mismo signo, estas aberraciones se contrarrestan para producir en la zona central de la pupila una función de aberración más plana que la que ocurre para cada aberración por separado.
Esto puede explicar por qué la corrección de la refracción esferocilíndrica con gafas basadas en los resultados de la refracción subjetiva no daría un coeficiente nulo del término de Zernike para C2°, sino un valor que varía de forma sistemática con el diámetro pupilar y con el coeficiente de Zernike para la aberración esférica de un modo que maximiza la agudeza visual.
Aberraciones con n = 5. Reflejan la presencia de aberraciones ópticas no
sistematizadas que contribuyen a la deformación de la envolvente del frente de onda. Su tasa suele ser baja y su papel en la degradación del rendimiento visual suele ser pequeño, pero puede hacerse significativo en ciertas condiciones especiales, como en la cicatrización irregular, la cirugía incisiones o la queratoplastia penetrante. (Damien, 2008).
32 Tipos de aberraciones
Es importante usar la base de Zernike que descompone el frente de onda W en términos con diferente comportamiento óptico, tales como los dos bien conocidos tipos de aberraciones, a saber, la aberración esférica y el coma. En otras palabras, la expansión de Zernike clasifica las deformaciones dentro del frente de onda. Los términos de Zernike con menor orden (menores de 3) no son generalmente considerados como tipos de aberraciones porque ellos pueden ser corregidos por medios ópticos convencionales. Uno de los más importantes términos de menor orden es el término de desenfoque. Este defecto aparece cuando el plano de la imagen esta longitudinalmente corrido con respecto al plano de referencia. Para el ojo humano esto significa que el sistema óptico se enfoca en una localización equivocada. De esta manera el término refiriéndose al foco simplemente representa miopía o hipermetropía. De manera similar la inclinación no es considerada una aberración debido a que puede ser compensada por el prisma, un elemento óptico convencional.
El coma es representado por términos de Zernike asimétricos contienen algo de inclinación, que puede ser considerada como un coma de bajo orden n=l. Como la aberración esférica, el coma muestra algo de desenfoque de la imagen, pero el emborronamiento es asimétrico. La imagen de un punto brillante tendrá la forma de una cometa. El coma puede ocurrir en el ojo humano generalmente por dos razones principales. Primero, puede aparecer cuando los componentes oculares no son coaxiales. Segundo, puede resultar de una descentración de la pupila. Para un objeto dado, la referencia ilustra el comportamiento de la imagen cuando la cantidad de aberración esférica o de coma, aumenta o disminuye. (Hamman.H, 2003)
33 Aplicación a la interpretación del frente de onda
La forma global del frente de onda es la reflexión de las aberraciones ópticas que distorsionan sus bordes. De forma esquemática, cuando existe una ametropía esférica significativa, la forma del frente de onda analizado es parecida a un paraboloide cuya orientación se relaciona con el signo de la ametropía. El retraso central se corresponde con la miopía, mientras que el retraso en los bordes lo hace con la hipermetropía. La presencia de astigmatismo induce una ligera asimetría axial cuando es moderado. El astigmatismo puro se asocia con una intensa asimetría (un meridiano es plano y el otro es curvo). El astigmatismo mixto se asocia con la presencia de un frente de onda en forma de «silla de montar». La presencia de una ametropía esferocilíndrica determina la forma global del frente de onda, porque la tasa de aberraciones de alto orden suele ser mucho menor. En los pacientes emétropes, la porción central del frente de onda suele ser plana, y las distorsiones prevalecen en los bordes de la pupila. La extracción matemática de las aberraciones de alto orden permite la visualización de los efectos aislados de estas aberraciones.
La contribución de las aberraciones de alto orden a la distorsión del frente de onda se visualiza mejor en el mapa del frente de onda de alto orden, donde se han eliminado las aberraciones de primer y segundo orden. Las aberraciones de tipo coma y trébol inducen una distorsión asimétrica de la envolvente del frente de onda. La aberración esférica induce una distorsión del área central del frente de onda respecto a sus bordes. Un frente de onda alterado de forma totalmente esférica tendría una forma de «sombrero». En algunas condiciones especiales, la asimetría puede ser visible en el mapa del frente de onda total como efecto de la presencia de una gran cantidad de aberraciones de alto orden. (Damien, 2008)
34 Variación estadística de la aberración en ojos sanos
Cuando las aberraciones monocromáticas se miden a lo largo de la línea de visión de ojos sanos pertenecientes a cohortes amplias de personas, las medias de la población de los coeficientes de Zemike se aproximan a cero, excepto en el caso de la aberración esférica, que suele desviarse hacia los valores positivos. Sin embargo, en un ojo concreto, el coeficiente de cualquier término de Zernike pocas veces es cero, y una persona determinada tiene las mismas probabilidades de tener una aberración positiva o negativa debido a la variabilidad aleatoria biológica. Desde el punto de vista cuantitativo, Thibos y cols, utilizaron la aberrometría de Hartmann-Shack en 200 ojos de 100 personas sanas, y encontraron que la cantidad media de aberraciones de alto orden presentes para una pupila de 7,5 mm era equivalente al error del frente de onda producido por menos de 0,25 dioptrías de desenfoque. Estos autores y otros revelaron la presencia de una simetría bilateral significativa a partir de la correlación de aberraciones entre ojos derechos e izquierdos. (Damien, 2008)
Variación de la aberración tras cirugía refractiva
La aparición de síntomas visuales, como halos, deslumbramiento y diplopia monocular tras la cirugía refractiva corneal ha correlacionado durante mucho tiempo con la inducción de aberraciones ópticas. El aumento de las aberraciones corneales y/o totales tras distintas técnicas de cirugía refractiva, como la queratotomía radial, queratectomía fotorefractivay LASIK se ha descrito en numerosos estudios. La magnitud de este incremento correlaciona de forma positiva con la intensidad de la ametropía que se ha tratado. El aumento de la magnitud de las aberraciones de alto orden también es proporcional al diámetro pupilar y es responsable de una disminución de la sensibilidad al contraste. Las aberraciones que aumentan con más frecuencia después de las intervenciones quirúrgicas son las de tipo coma y las esféricas.
35 Diversos mecanismos pueden explicar el incremento de la cantidad de las aberraciones de alto orden con los procedimientos refractivos convencionales con láser excímero. Una variación excesiva de la asfericidad corneal en sentido oblato o prolato tras las ablaciones para tratar la miopía o la hipermetropía, respectivamente, un tamaño insuficiente de la zona óptica eficaz y un centrado imperfecto son los mecanismos que se han invocado para explicar el aumento postoperatorio de las aberraciones de alto orden. (Damien, 2008)
Variaciones de la aberración con el envejecimiento
En varios estudios se ha descrito una compensación de la aberración de la parte anterior de la córnea debida a la aberración del cristalino, sobre todo en adultos jóvenes. La aberración esférica de la córnea suele ser positiva, mientras que el cristalino joven presenta una aberración esférica negativa. Este balance corneal e interno también se ha descrito en el caso de la coma.
Figura 4. Ejemplo de una compensación adecuada corneal/interna de las aberraciones de alto orden en una persona joven. Existe una cancelación significativa de la mayoría de las aberraciones de tercer y cuarto orden debida a las aberraciones internas (escáner OPD y terminal OPD, Nidek, Japón). Gráfico citado de (Damien, 2008)
36 La figura muestra un ejemplo del balance corneal de una aberración de alto orden en un paciente joven. Los estudios transversales muestran un aumento de las aberraciones ópticas totales del ojo con la edad, debidas en parte a un aumento de la aberración corneal con el envejecimiento. La aberración esférica del cris-talino se vuelve menos negativa con el envejecimiento, lo que produce una disminución del balance entre la aberración esférica corneal e interna, y un incremento neto de la aberración esférica total. La calidad óptica se degrada aún más por la dispersión de las estructuras intraoculares, que aumenta con la edad. Cuando se desarrolla una catarata, provoca deslumbramiento, pérdida de la luminosidad y una disminución de la sensibilidad del contraste, debido a la dispersión. Estos síntomas pueden eliminarse sustituyendo el cristalino con catarata por un lente intraocular.
La miosis pupilar natural que se produce con la edad puede reducir el impacto del aumento de las aberraciones ópticas con el envejecimiento. Se requieren más estudios para investigar el posible beneficio del aumento de las aberraciones ópticas, que pueden aumentar la profundidad de foco mediante la multifocalidad inducida, y de ese modo ser beneficiosas en los ojos que no presentan acomodación. (Damien, 2008)
Variación de las aberraciones con la acomodación
Cuando vemos un objeto distante, la Imagen retiniana del objeto está enfocada. Cuando decidimos mirar un objeto cercano, el sistema acomodativo genera señales que llevan a la contracción del músculo ciliar y a un incremento en el poder del cristalino, que es suficiente para minimizar el emborronamiento de la imagen del objeto de interés. La acomodación del cristalino es una de las funciones visuales más importantes y normalmente está acompañada de miosis (lo cual incrementa la profundidad de foco), y de convergencia (lo cual mantiene la fijación bifoveal).
37 Ahora es bien aceptado que los errores en estado estable son una parte intrínseca del sistema de control de la acomodación. En el ojo pre présbita, dos tipos de error de enfoque son inherentes del sistema de acomodación .Primero, el sistema está caracterizado por una sobre acomodación para los objetos lejanos ("retrasos" de acomodación) y una subacomodación para objetos cercanos ("ventajas" de aco-modación). Estos errores progresivamente llegan a ser mayores a medida que el nivel de iluminación se reduce. Además, las pupilas pequeñas toleran grandes errores en la acomodación debido al incremento de la profundidad de foco. Segundo, bajo todas las condiciones, la respuesta de la acomodación no es estable, sino cambia rápida y continuamente, mostrando pequeñas fluctuaciones.
El efecto resultante de las fluctuaciones en la acomodación del cristalino, es la presencia de estas fluctuaciones en todas las aberraciones de frente de onda del ojo. Es evidente que cualquier pequeño cambio en la acomodación tendrá importancia clínica. Esos cambios pueden, incrementar la profundidad de foco efectiva del ojo (a medida que la pupila se contrae) y afectar la precisión de la medida refractiva. (Sotiris, Vikentia, Sophia, & Ginis Harilaos, 2003)
Influencia de la película lagrimal en el análisis de frente de onda
Las anomalías de la película lagrimal pueden afectar significativamente la calidad del análisis del frente de onda. Esto puede ser a tal grado que Thibos y Hong han sugerido que el análisis del frente de onda por este método puede ser útil en investigaciones futuras de la película lagrimal en el síndrome del ojo seco. (Thibos & Hong, 1996) A pesar de que la córnea misma y todos los elementos ópticos en la vía óptica detrás de la misma sean normales, una película lagrimal irregular será sugestiva de aberración significativa del frente de onda.
Las opacidades también están pobremente definidas por los actuales aparatos de tipo Shack-Hartmann. Esto se debe principalmente a la dispersión completa de la luz y la incapacidad de la fuente de luz de prueba para alcanzar la retina y reflejarla de vuelta.
38 En los ojos con aberraciones marcadas como cicatrices y queratocono, puede ser virtualmente imposible obtener una medida. Además, los ojos con pupilas relativamente mióticas pueden ser muy difíciles de medir y requieren de dilatación farmacológica.
Figura 5. Efectos ópticos de la disrupción de la película lagrimal. La línea superior de imágenes fue capturada inmediatamente después de un parpadeo; la línea de abajo fue obtenida después de que el paciente mantuvo sus párpados abiertos durante 40 segundos. La columna de la izquierda contiene las imágenes obtenidas por retroiluminación de la pupila; la columna del medio muestra la información de imágenes capturadas por el aberrómetro SH; la columna de la derecha muestra el mapa del contorno del frente de onda aberrante emergiendo del ojo y de la imagen computada del SH. Los intervalos del contorno en la onda frontal reconstruida son de 1 micrón y la fase de frente de onda en el centro de la pupila ha sido calibrada en 0. Las coordenadas de la pupila están en milímetros. Gráfico citado de Thibos LN, Hong X. Aplicaciones clínicas del Aberrómetro de Shack-Hartmann. Optom Vis Sci 1999; 76:817-825.)
Figura 6. Los tres mapas de contornos arriba muestran que las medidas del frente de onda pueden demostrar resultados consistentes a través del tiempo. Es importante comprender que la película lagrimal es una estructura que siempre está cambiando y que los mapas de contornos también cambiarán por lo tanto. Gráfico citado de Thibos LN, Hong X. Aplicaciones clínicas del Aberrómetro de Shack-Hartmann. Optom Vis Sci 1999; 76:817-825.)
39 Figura 7. El mapa observado y la información pueden también variar dependiendo del tamaño de la pupila con la cual se efectuó el estudio. En la figura se muestra el mismo examen con diferentes tamaños pupilares demostrando los cambios en el contorno dentro de las aperturas pupilares definidas como tres y siete milímetros. Gráfico citado de Thibos LN, Hong X. Aplicaciones clínicas del Aberrómetro de Shack-Hartmann. Optom Vis Sci 1999; 76:817-825.)
40
MEDICIÓN DEL RENDIMIENTO ÓPTICO DEL OJO
El «rendimiento visual» es un término amplio que puede definirse por la idoneidad con la que puede realizarse una tarea visual de interés por una persona concreta o por un grupo de personas. El conocimiento de la aberración ondulatoria de un ojo es el único prerrequisito para evaluar el rendimiento óptico del paciente. Las mediciones adecuadas derivadas de la aberración ondulatoria deberían permitir que el clínico escogiera la mejor estrategia para mejorar la visión de cada paciente. Por ejemplo, se podría utilizar para determinar si una corrección personalizada del frente de onda sería más beneficiosa que una convencional en un paciente concreto, o para relacionar algunas alteraciones visuales, como el deslumbramiento o los halos, con una causa óptica.
En la actualidad, el método más frecuente para describir el error del frente de onda del ojo es la expansión normalizada de Zernike. Varios autores han investigado las complejas interacciones de las aberraciones ondulatorias cuando existen niveles bajos de error óptico y el modo en el que estas interacciones influyen en el rendimiento visual. Cuando existen niveles bajos de aberraciones en todo el ojo (menos de 0,25 D equivalentes), el error RMS del frente de onda no puede justificar una variación de dos líneas observadas, en el rendimiento visual. El impacto visual de los niveles bajos de aberración se ha evaluado mediante la observación del modo en el que una cantidad fija de error RMS aplicada a modos individuales de Zernike (órdenes radiales segundo a cuarto) influía en la agudeza visual de una persona para los optotipos de letras. Estos experimentos han revelado que 0,25 mm de aberración en una pupila de 6 mm reducen la agudeza visual en una cuantía que depende de qué modo de Zernike contuviese el error del frente de onda. Los modos cercanos al centro orden radial tenían un mayor impacto en el rendimiento visual (más letras) que los situados cerca del borde de la pirámide.
41 ¿Cómo medir las aberraciones?
Las aberraciones pueden ser evaluadas en dos niveles. Primero, directamente analizándolas de acuerdo a cierta referencia, o segundo, analizando su impacto en el plano saliente. En el primer caso hablamos acerca de la calidad óptica del sistema, porque analizamos el sistema en sí mismo. En el segundo caso se analizara en el plano de la imagen
Calidad óptica
Para medir la calidad óptica del sistema, se requiere una referencia. La referencia debe corresponder a la situación ideal. Si el sistema hace su trabajo de manera ideal, debe producir una imagen que es idéntica al objeto en forma (no necesariamente con el mismo tamaño y orientación). Dado que nosotros estamos interesados en lo que observamos en la salida, la referencia debe estar vinculada a la imagen. Así la referencia es el frente de onda que produce la imagen ideal. La pregunta es: cuál imagen del objeto debemos considerar, dado que el objeto y la imagen son grupos de puntos, generalmente escogemos un punto único corno un objeto de referencia y en un punto axial particular situado en el infinito. De esta manera, la referencia es el frente de onda esférico centrado en la imagen puntual correspondiente a un objeto puntual axial ubicado en el infinito.
Varias estadísticas se utilizan para evaluar la calidad de los sistemas ópticos. La estadística más comúnmente utilizada es el error de la Raíz Cuadrada del Promedio (RMS del inglés Root Mean Square). Sin embargo, el criterio de Rayleigh para definir un sistema óptico perfecto utiliza otra medida basada en el peor caso de error. De hecho, Rayleigh sugiere que si la luz que alcanza la imagen puntual nunca esta mas de n/2 radianes fuera de fase, la imagen se diferenciara en forma insignificante de la formada por un sistema perfecto.
42 En otras palabras, las imágenes perfectas limitadas por la difracción se forman por un sistema óptico cuando todos los rayos de luz entrando al sistema convergen en el plano focal con un error de trayecto óptico de un cuarto de la longitud de onda de la luz o menos. Este criterio se basa en el error Pico a Valle que es un valor estadístico de peor caso de error. Este error de frente de onda es una medida de la distancia entre el punto más alto y el punto más bajo en el frente de onda deformado en relación con el frente de onda de referencia. Ya que este solo compara dos puntos en la superficie, es posible para dos frentes de onda muy diferentes tener el mismo error pico a valle. Este error tiene la ventaja de que es muy fácilmente estimado visualmente a partir del perfil de frente de onda. Tiene la desventaja de que una pequeña depresión o una cresta estrecha en el frente de onda pueden causar que el error pico a valle sea muy grande, aunque la óptica pueda desempeñarse muy bien.
En contraste con el error pico a valle, la Raíz Cuadrada del Promedio (RMS) es un área sopesada estadísticamente. El RMS es calculado como la desviación estándar de la altura (profundidad) del frente de onda en relación a la referencia, para todos los puntos en el frente de onda. Debido a su naturaleza estadística, el error de frente de onda RMS es una medida muy útil de la calidad óptica. Debido a que la base normalizada de Zernike es una base ortonormal, el error de frente de onda RMS es la raíz cuadrada de la suma de los cuadrados de todos los coeficientes de los términos de Zernike. (Hamman.H, 2003)
43 Sistema de medición en el plano pupilar
Medición del mapa del frente de onda
Un sistema óptico perfecto tiene un mapa de aberración del frente de onda plano. El sistema de medición de la calidad del frente de onda tiene como finalidad describir en qué grado es plano un frente de onda. Un mapa de aberración es plano si su valor es constante, o si las cantidades derivadas, como la pendiente o la curvatura, son cero a través de toda la pupila. Thibos y Cols han propuesto utilizar un sistema de medición escalar basado en estos tres elementos: el mapa de aberración del frente de onda, el mapa de pendiente y el mapa de curvatura. Además de estos sistemas de medición definidos en toda el área pupilar, se pueden definir otros sistemas de medición de la calidad del frente de onda basados en elementos de una fracción pupilar. La fracción pupilar se define como la porción del área pupilar para la que la calidad óptica del ojo es aceptable. Los criterios para decidir si el frente de onda que pasa a través de una subabertura es adecuado podrían basarse en la función de aberración del frente de onda. Cuanto mayor sea la fracción pupilar, más cantidad de la luz que penetra en el ojo contribuirá a crear una imagen retiniana de buena calidad.
44 Sistema de medición en el punto de la imagen
Un sistema óptico perfecto puede trasformar un objeto puntual en una imagen retiniana compacta y de alto contraste. La imagen de dicho objeto puntual se denomina función de dispersión puntual.
Función de dispersión puntual (FDF): La función que describe de qué modo un sistema de formación de imagen altera un punto del objeto y lo transfiere de éste al plano de la imagen puede denominarse función de dispersión. La función de dispersión puntual ocular es la distribución de intensidad luminosa de la imagen retiniana de un objeto puntual. Es un parámetro fundamental en la evaluación de cualquier sistema óptico de formación de imágenes, y proporciona una medida directa de la calidad de la imagen retiniana. (Hamman.H, 2003)
Función de transferencia óptica, función de transferencia de modulación y función de transferencia de fase (FTO, FTM, FTF)
La función de transferencia óptica describe de qué forma la frecuencia individual que constituye los objetos se transforma por el ojo en los correspondientes componentes armónicos de la imagen. La función de
transferencia de modulación es una medición cuantitativa de la calidad de la
imagen que es muy superior a cualquier criterio de resolución clásico, porque describe la capacidad del ojo para transferir el contraste del objeto a la imagen. La FTM describe el contraste para cada frecuencia espacial, normalizado generalmente al rango de cero a uno, en el que el cero representa el gris (ausencia de contraste), y el uno el contraste perfecto entre blanco y negro. La
función de transferencia de fase muestra el desplazamiento de fase de la
imagen respecto al objeto en función de la frecuencia espacial. Cuando no existen aberraciones ópticas, la localización del objeto y de la imagen es idéntica o está desplazada la misma cantidad (sin desplazamiento de fase), lo que origina un desplazamiento neto de la posición de la imagen, sin degradación de su calidad. (Damien, 2008)
45 Los Mecanismos de los Instrumentos de Análisis de Frente de Onda
El análisis de frente de onda o aberrometría es un método diagnóstico que permite construir un mapa del perfil de aberraciones del ojo, yendo más allá de las aberraciones de bajo orden, que se miden con una refracción estándar. La diferencia entre la refracción clásica y el análisis de frente de onda es análoga a la diferencia entre queratometría y topografía corneal. Actualmente el entendimiento del frente de onda es tan rudimentario que es difícil fijarlo en una presentación particular de los datos. (Ambrósio, Netto, & Wilson, 2003)
Varios tipos de sistemas de análisis de frente de onda están actualmente bajo investigación. Es importante notar que el análisis de frente de onda es una tecnología evolutiva. Así, todos los sistemas de análisis de frente de onda están sufriendo modificaciones y perfeccionamientos. Se muestra una clasificación de los sistemas de análisis de frente de onda que están actualmente disponible:
Tipos de Análisis de Frente de Onda:
ABERROMETRÍA DE FRENTE DE ONDA SALIENTE
• Sensor de Hartmann-Shack
ABERROMETRÍA DE FRENTE DE ONDA ENTRANTE Aberrometría de imagen retiniana
• Aberrómetro de Tscherning
• Trazado de rayos retinianos Tracey
Aberrometría de doble paso
• Esquiascopía de hendidura
Aberrometría entrante ajustable subjetivamente
