Methods to measure intraocular scattering and its impact in vision

Resumen

Objetivos Un sistema óptico, tal como el ojo humano, puede ser caracterizado a través de su función de punto esparcido (PSF; del inglés Point Spread Function). La PSF describe la redistribución angular de la energía proveniente de una fuente puntual y que se propagada a través de las componentes del sistema. Así, el objetivo inicial de esta tesis ha sido investigar y establecer nuevos métodos para una evaluación precisa de la PSF generada por sistemas ópticos y sus elementos Métodos. Ha sido establecido un método para estimar la PSF de cualquier sistema óptico, evitando el uso de detectores especializados con gran rango dinámico. Inicialmente, esta metodología fue aplicada para caracterizar la difusión de luz (se utiliza ampliamente el término inglés "scattering") que provocan lentes, materiales y tejidos biológicos. Más adelante esta metodología fue aplicada al ojo humano in vivo. Paralelamente, se desarrolló un nuevo método para evaluar el efecto del scattering intraocular sobre la calidad de la visión. Una versión más intuitiva de este método fue incluida en una aplicación para uso en un dispositivo portátil de bajo coste. Finalmente, las experiencias y los conocimientos adquiridos en el desarrollo de los métodos descritos anteriormente fueron aplicados para el desarrollo de un sistema experimental compacto para evaluar la densidad de pigmento macular presente en la retina. Resultados. Los resultados obtenidos midiendo difusores comerciales para la producción de scattering, están en concordancia con la densidad indicada por el fabricante y con los valores absolutos reportados previamente. Posteriormente, este mismo montaje experimental fue usado para caracterizar la cantidad de luz difundida por lentes intraoculares (LIOs) monofocales y multifocales comercialmente disponibles. Se encontró una mayor generación de scattering en las lentes multifocales que en las lentes monofocales. Con esta metodología se confirmó también que el edema corneal produce un incremento del scattering intraocular. La metodología anteriormente descrita, ahora aplicada en un sistema de doble paso, reveló la posibilidad de realizar medidas en vivo del scattering intraocular de forma objetiva. El sistema experimental fue inicialmente probado en un ojo artificial y el scattering fue inducido usando filtros fotográficos. Posteriormente, se llevaron a cabo medidas en vivo, donde el efecto de las cataratas fue reproducido mediante el uso de lentes de contacto especialmente diseñadas. El scattering intraocular medido fue similar al reportado previamente en la literatura. Los resultados de un primer experimento permitieron comprender la dependencia del scattering intraocular con la longitud de onda de la iluminación. Posteriormente, fueron documentados la instrumentación y los algoritmos implementados en el desarrollo de un dispositivo compacto que podía usarse en medidas clínicas. Tras la validación experimental en banco óptico, un prototipo del dispositivo basado en el método de integración óptica fue desarrollado para la medida rápida de la cantidad de scattering en el ojo. Las medidas realizadas con este método se caracterizaron por su rapidez y fidelidad. Los resultados fueron comparados con otras métricas establecidas para la evaluación del scattering. Se estableció la medida diferencial de la sensibilidad al contraste (SC) mediante el uso de una fuente de deslumbramiento. Se evaluó una métrica para la valoración del scattering intraocular mediante la comparación de los valores del parámetro S (parámetro para medir scattering intraocular) medido con dos instrumentos. La densidad de pigmento macular correspondiente a varios sujetos fue medida con un nuevo aparato. Estos resultados fueron comparados con estudios reportados, sobre poblaciones de mayor tamaño, donde se emplearon otras metodologías. Conclusiones. Fue establecido un nuevo método para la reconstrucción de la PSF en un amplio rango angular, permitiendo evaluar el scattering presente en los sistemas ópticos y sus componentes. Este método se usó para estimar la cantidad de luz difundida por lentes intraoculares de diferentes diseños y procesos de fabricación. Se esclareció la relación entre el scattering generado y el nivel de hidratación del estroma corneal. El scattering se genera por la pérdida de la organización entre las fibras de colágeno por la ocupación del agua. El método para la reconstrucción de la PSF fue adaptado en un sistema de doble paso para la medida in vivo del scattering intraocular en el ojo humano. La dependencia del scattering con la longitud de onda de iluminación fue medida y explicada. Las metodologías y los conocimientos adquiridos en los estudios anteriores fueron aplicados en el desarrollo de un dispositivo para la medida rápida y precisa del scattering intraocular en un entorno clínico. Por otra parte, se desarrolló una nueva metodología para la estimación subjetiva del scattering intraocular a partir de la medida diferencial de la sensibilidad al contraste. La metodología diferencial se implementó en un dispositivo portátil y compacto (iPad), cuyas propiedades de iluminación fueron previamente caracterizadas. La aplicación desarrollada es intuitiva y accesible, posibilitando la evaluación rápida del scattering intraocular sin la necesidad de dispositivos costosos. Los resultados de un estudio piloto confirmaron la repetitividad de las mediciones subjetivas hechas con este desarrollo. Finalmente, la experiencia y conocimiento adquiridos sobre la estimación del scattering intraocular permitieron el desarrollo de un prototipo para la medida de la densidad óptica de pigmento macular.