Resumen de Parámetros de calidad para el estudio y evaluación de la formación de imágenes en el ojo humano
Alrededor del 80% de la información que recibe el ser humano llega a través del sentido de la vista (posiblemente todavía en mayor proporción, dada la cultura visual en la que estamos inmersos). El proceso por el cual recibimos y percibimos una escena se denomina visión y, comúnmente, se puede dividir en tres etapas: óptica, retiniana y cerebral. La primera de dichas etapas consiste en la formación en la retina de una imagen real e invertida del objeto exterior mediante el sistema óptico del ojo. En la retina, los fotorreceptores capturan dicha imagen y transforman la energía luminosa en impulsos nerviosos que son transmitidos a los niveles superiores del procesado visual a través del nervio óptico. Finalmente, en los centros visuales de la corteza cerebral se realiza la interpretación de la escena.
El sistema óptico del ojo está compuesto por la córnea, el iris, el cristalino y los humores acuoso y vítreo, estructuras que imponen el límite físico más importante a la percepción visual. Los dos elementos fundamentales del ojo son la córnea y el cristalino, mientras que el resto de partes interiores (humores e iris) y su acción sobre la calidad de imagen, se consideran desde un punto de vista secundario. La acción de la retina, responsable de captar la imagen óptica, procesarla y transmitirla al cerebro, se ignora ya que, aunque es fundamental en el proceso de la visión, su funcionamiento excede el ámbito de la óptica.
Si la calidad de la imagen retiniana es baja, es decir, si las imágenes formadas sobre la retina están emborronadas o son de baja intensidad, la visión será deficiente, aunque el resto del sistema visual funcione correctamente. En la situación ideal, la imagen de un punto objeto, o PSF (#Point Spread Function#), debe ser otro punto en la retina, sin embargo, la difracción en el iris, la dispersión de los medios oculares y sobre todo las aberraciones de la córnea y del cristalino degradan la imagen produciendo sobre la retina una mancha extensa en vez de un punto.
La córnea es la responsable del 70% del poder refractivo del ojo y con ello un elemento determinante de la calidad de imagen final. Además, su fácil accesibilidad ha permitido que sea la parte más estudiada del ojo. Los sistemas basados en topografía corneal y fotografía Scheimpflug proporcionan información precisa acerca de la morfología de la primera y segunda cara. A partir de estos datos se construyen modelos de la córnea, con los que es posible determinar su transmitancia óptica y su influencia en la calidad de imagen final.
El otro elemento fundamental, quizás el más complicado de toda la parte óptica del sistema visual humano, es el cristalino. La dificultad de acceder al cristalino #in vivo# hace razonable el intento de modelar su forma, estructura de índices y efectos de la acomodación, para evaluar de manera objetiva su calidad óptica. En los últimos años se han presentado diferentes modelos de cristalino, que reproducen la aberración esférica, la aberración cromática y el efecto de la acomodación de ojos reales.
Con la extensión del cálculo de Fourier a la Óptica, la evaluación objetiva de la calidad óptica de los diversos modelos de ojo teórico propuestos a lo largo del siglo XX se ha realizado a partir de la obtención de la función de transferencia de modulación o MTF (#Modullated Transfer Function#). Matemáticamente, se define como el módulo de la OTF (#Optical Transfer Function#), que es la transformada de Fourier de la PSF, y proporciona la respuesta frecuencial del sistema. En cualquier caso, para todos estos modelos, la formación de imágenes se realiza mediante un trazado de rayos.
En cuanto al estudio de ojos humanos reales, se han realizado numerosos estudios sobre su calidad óptica en diversas condiciones a partir de métodos subjetivos o psicofísicos (aberroscopios, medida de la función de sensibilidad al contraste (CSF) neural) y de métodos objetivos no invasivos como es la técnica del doble paso que proporcionan información del ojo como un todo. El doble paso se trata de un dispositivo que consiste en registrar la luz reflejada en la retina tras pasar por lo medios oculares. Con este tipo de dispositivos, diversos autores desarrollan un método con el que se determina la OTF de la parte óptica del sistema visual humano , se estudian las propiedades de la imagen foveal, la calidad óptica del ojo en función de la edad, la MTF de lentes intraoculares y la comparación entre lentes de contacto y lentes oftálmicas.
Puede resultar interesante conocer la contribución de cada una de las estructuras componentes del subsistema óptico del sistema visual humano a la imagen final formada en la retina, no sólo desde el punto de vista de modelizar del ojo como sistema formador de imágenes, sino también para analizar su incidencia en campos como la cirugía oftalmológica. La OTF de la parte óptica del sistema visual humano junto con las aberraciones obtenidas para la córnea permite inferir datos del cristalino, que como se ha dicho anteriormente son difícil de medir, y realizar modelos de ojo completo.
La principal aportación de este trabajo al estudio, desde el punto de vista óptico, del ojo humano y de su modelo se hace a partir del análisis de la propagación de la luz en el interior del ojo humano y cómo afectan las diferentes superficies ópticas a la imagen final en cualquier plano considerado. Se han desarrollado las técnicas y algoritmos necesarios para analizar la morfología corneal mediante el análisis de topografías, además de establecer criterios de calidad de la imagen retiniana y elaborar un método objetivo para la determinación de patrones relevantes (plano de mejor imagen, focales de Sturm, etc.).
El análisis del ojo completo, con cristalino incluido, ha provocado la necesidad de modificar el algoritmo general para el cálculo de patrones propagados en el ojo humano, significando la elaboración de un nuevo algoritmo bajo nuevas condiciones de contorno. La técnica desarrollada permite la simulación de la visión real de un ojo en una amplia variedad de condiciones y la determinación rápida y objetiva de criterios de calidad de imagen retiniana.
El método de propagación utilizado no sólo es útil para el análisis de las propiedades ópticas del ojo humano, sino que permite el estudio y diseño de elementos de fase generales. En este sentido, se han utilizado estos conocimientos para el estudio de sistemas de fase con elevada profundidad de foco. Estos elementos pueden ser de particular interés para la corrección de la presbicia mediante lentes intraoculares, ya que permiten al sujeto disfrutar de un rango de pseudoacomodación relativamente ancho. En particular se ha realizado el estudio de los elementos axicones y las espadas de luz (LSOE, #Light Sword Optical Element#), centrándose particularmente en el análisis de la aberración cromática inducida por estos elementos y en la posible obtención de zonas acromáticas suficientemente extensas que permitan su utilización como elemento compensador de la visión.
