Influencia de las aberraciones en visión binocular mediante el uso de sistemas de óptica adaptativa= Influence of aberrations on binocular vision by means of adaptive optics instruments

Abstract

El objetivo de esta tesis ha sido obtener una mejor comprensión de la influencia que tienen las aberraciones en la visión binocular mediante el uso de le tecnología de óptica adaptativa. Para este fin, se diseñó y construyó un simulador visual binocular de óptica adaptativa capaz de controlar de manera precisa la función pupila compleja en ambos ojos simultáneamente. El sistema se basa en el uso de moduladores espaciales de cristal líquido, lo que permite una alta resolución en planos conjugados de pupila para manipular la amplitud y la fase de ambos ojos de manera independiente. En consecuencia, los resultados y las conclusiones están resumidos. El desenfoque inducido bilateralmente tiene un efecto desventajoso en la sumación binocular. Mientras el mínimo ocurre a distancias intermedias, la sumación binocular recupera valores que se obtienen en el mejor foco. La aberración esférica tiene un impacto favorable en la sumación binocular. En cambio, si se corrige esta aberración, se reduce la sumación binocular. No obstante, si la calidad óptica difiere entre los dos ojo, tanto el desenfoque como la aberración esférica tienen un efecto negativo en la ventaja binocular. Se simuló el beneficio visual al llevarse a cabo una implantación bilateral en pacientes pseudofáquicos con lentes intraoculares correctoras de aberración esférica y aberración cromática longitudinal. En el caso de la corrección combinada de aberración esférica y aberración cromática longitudinal, se puede esperar un aumento significativo de la agudeza visual binocular, aunque la mejora en condiciones binoculares resulta inferior a la obtenida bajo condiciones monoculares. Con la corrección de aberraciones la sumación binocular disminuye. El coma tiene el potencial de extender la profundidad de foco tanto monocular como binocularmente, en gran parte, sin afectar a la agudeza visual en el mejor foco. Debido a la generación de disparidad retiniana, el efecto depende, sin embargo, de la orientación del coma. La mayor extensión de la profundidad de foco se obtiene si el coma está orientado verticalmente en la misma dirección en ambos ojos. La corrección de aberraciones binoculares y la sumación binocular proporcionan una mayor ventaja en condiciones de baja luminancia. La sumación binocular parece estar correlacionada inversamente con la agudeza monocular alcanzada a esos niveles de iluminación y, por tanto, mitiga el rendimiento visual reducido. La visión binocular incrementa la precisión subjetiva en la determinación del mejor foco en baja luminancia. Se encontró un pequeño, pero consistente, desplazamiento relativo miópico cuando se reduce la iluminación, que puede explicarse mediante el efecto Purkinje junto con la aberración cromática longitudinal del ojo humano. El desplazamiento aumenta si la aberración esférica está presente, probablemente debido a la extensión de la profundidad de foco en combinación con el error acomodativo. La simulación de un implante corneal de abertura pequeña demuestra que en condiciones fotópicas aumenta la profundidad de foco con igual eficacia que la monovisión tradicional. Bajo condiciones de luz mesópicas, el rendimiento depende más del sujeto, lo que destaca la importancia de tener en cuenta la agudeza visual bajo estas condiciones de iluminación durante la selección de pacientes. La evaluación de diversos procedimientos de corrección de presbicia muestra el potencial del simulador visual binocular de óptica adaptativa como instrumento de uso clínico. Se podría usar el aparato para encontrar la corrección visual óptima al tiempo que los pacientes podrían adquirir un rol activo en el proceso de tratamiento.

The aim of this thesis was to achieve a better understanding of the influence of aberrations on binocular vision by means of adaptive optics technology. Therefore, a binocular adaptive optics visual simulator fully capable to control the two complex pupil functions was successfully designed and constructed. The system is based on liquid crystal spatial light modulators offering high resolution in pupil conjugate planes to manipulate amplitude and phase of both eyes independently. This allows to noninvasively modify optical factors such as aberrations and pupil shapes while subjects undergo visual testing. The instrument was used in a variety of experiments to investigate in what way the optics of the eye influence binocular vision. In the following paragraphs, the main results and conclusions are summarized. Bilateral defocus has a detrimental effect on binocular summation, with the minimum occurring at an intermediate vergence. Binocular summation recovers to values obtained at best focus for greater vergences, mitigating the reduction in optical quality. For bilaterally induced spherical aberration, in contrast, a beneficial effect on binocular summation was observed. However, when optical quality is different between both eyes, both defocus and spherical aberration have a negative influence on the binocular advantage. The potential visual benefit of bilateral implantation of the average pseudophakic patient with aspheric-achromatic intraocular lenses was studied. In case of a combined correction of spherical and longitudinal chromatic aberration, significant increase in binocular visual acuity can be expected, albeit the improvement under binocular conditions is lower compared to that under monocular conditions. As the level of aberration correction increases, the binocular summation declines. Inducing coma has the potential to extend monocular and binocular depth of focus, without significantly affecting visual acuity at best focus. Due to the generated retinal disparity, this effect is however orientation dependent. The greatest depth of focus extension is achieved when coma occurs vertically in the same direction. Binocular aberration correction and binocular summation presents a special benefit under low luminance conditions for natural light-adapted pupils. Binocular summation seems to be inversely correlated with monocular VA under natural viewing conditions, thus, mitigating reduced visual performance. Binocular viewing increases the subjects’ precision to judge best-focus positions under reduced luminance conditions. A small but consistent relative myopic shift can be observed as light levels are reduced which can be fully explained by the Purkinje shift in combination with the longitudinal chromatic aberration of the human eye. The shift increases when spherical aberration is induced, probably due to the extended depth of focus in combination with the accommodative lag. Visual simulations of a corneal small aperture inlay prove that this device extends depth of focus just as effectively as traditional monovision in photopic light. Under mesopic luminance conditions, performance is more subject-dependent. For two subjects, performance was still comparable to traditional monovision. However, centration of the device is critical and also the annulus pupil could reduce visual performance with the corneal inlay. Successful simulation of different monovision-types for presbyopia correction demonstrates the potential of the binocular adaptive optics visual simulator as a pre-screening device. The instrument could be used to find the appropriate vision correction for a large number of patients, so that they could take an active role in the treatment process.