Sensor de frente de onda de Hartmann-Shack para la medida de aberraciones oculares. Desarrollo y Calibración.

SÁNCHEZ ROBERTO; DE PAUL ANÍBAL; ISSOLIO LUIS

San Miguel de Tucumán

Encuentro; 101° Reunión de la Asociación de Física Argentina; 2016

Asociación de Física Argentina

En este trabajo se diseñó y montó un aberrómetro de tipo Hartmann-Shack, el cual permite medir las aberraciones monocromáticas del ojo humano de manera precisa, mediante un método que es rápido y seguro para el ojo del sujeto [1]. Desde sus primeras aplicaciones en la medida de la aberración del frente de onda, este tipo de sensor mostró tener una gran potencialidad para convertirse en el más utilizado no sólo en los grupos de investigación en óptica fisiológica, sino también en el ámbito de la clínica oftalmológica [2].El montaje experimental consta de una fuente puntual, compuesta por un diodo laser de 780nm (MC7850CPWR-SMF, Monocrom) acoplado por fibra óptica monomodo a un capuchón colimador y convenientemente filtrado para evitar causar ningún tipo de daño o molestia al sujeto. El haz colimado se proyecta sobre la retina, de tal modo que una parte de la luz se refleja en el fondo del ojo, vuelve a salir a través de la pupila y tras atravesar la óptica del ojo, un sistema Badal y un telescopio, se proyecta sobre la cámara de registro (CMOS Mono, 768x576, 8 bits, UI-1120SE-M-GL, NIT) que tiene como lente un arreglo de microlentes (0200-6.3-S-C, Adaptive Optics Associates), el cual se encuentra en un plano conjugado con la pupila de entrada del ojo. Este arreglo está formado por una matriz de 125x125 microlentes con una separación de 200μm y una distancia focal de 6,3mm. El sistema de telescopio implementado tiene una amplificación de 0,8 y es necesario para poder medir tamaños pupilares de hasta 7mm aprovechando al máximo el tamaño del sensor de la cámara. Al montaje lo completan un test de fijación y una cámara (CMOS Mono, 752x480, 8 bits, UI-1221LE-M-GL, Aptina) para el centrado y control de la pupila del sujeto. Con esta configuración es posible medir las aberraciones hasta el quinto orden para una pupila de 4mm, lo cual es más que suficiente para describir la calidad óptica del ojo humano [3].Una vez terminado el montaje se realizó una calibración del sensor que consta de dos etapas. Primero se registra una imagen de referencia de un frente de onda plano que tiene en cuenta las aberraciones propias del sistema. En un sistema limitado por difracción, esta imagen es una distribución de puntos equidistantes correspondientes a la imagen que forma cada microlente sobre el sensor de la cámara. En segunda instancia, se introducen en el sistema cantidades de aberraciones conocidas (desenfoques en este caso) y se registran imágenes de la distribución de puntos para estos frentes de onda aberrados. Luego se procesan las imágenes con un software desarrollado para este propósito, se ajustan mediante un proceso iterativo los parámetros de medida y se obtiene una curva de calibración. El sensor fue calibrado para un rango de -1,5D (dioptrías) a 1,5D utilizando lentes de prueba oftálmicas en pasos de 0,25D, obteniendo un R^2 de 0,999 y un error menor al 5\% en el peor de los casos. Al finalizar la calibración, se realizaron medidas de validación en un ojo artificial con distintas refracciones inducidas (miopía, hipermetropía y astigmatismo), y en ojos de sujetos voluntarios. Estas medidas se compararon con los resultados obtenidos en los mismos sujetos medidos con un autorefractómetro comercial (HRK 7000, Huvitz) que utiliza como principio de medida un sensor de frente de onda de Hartmann-Shack. Existe un buen acuerdo entre las medidas con ambos sensores. La diferencia media fue de 0,28D (máximo 0,56D) y se encuentra dentro de los límites normales para este tipo de medida [4].Los resultados se presentan según los estándares internacionales para la comunicación de las aberraciones ópticas en seres humanos [5]. [1] J Liang and D Williams. Aberrations and retinal image quality of the normal human eye. JOSA A. Vol. 14, Issue 11, pp. 2873-2883 (1997).[2] X Cheng et al. Validation of a clinical Shack-Hartmann aberrometer. Optom. Vis. Sci. Aug; 80(8):587-95 (2003).[3] J Porter et al. Monochromatic aberrations of the human eye in a large population. JOSA A: Optics, Image Science, and Vision, Vol. 18, Issue 8, pp.1793-1803 (2001).[4] Guirao and Williams. A method to predict refractive errors from wave aberration data. Optom. Vis. Sci. Jan;80(1):36-42 (2003).[5] L Thibos et al. Standards for reporting the optical aberrations of eyes. Journal of Refractive Surgery. Vol. 18, Issue 5: S652-S660 (2002).