Método de medida y control binocular de las aberraciones de los ojos,

presentación simultánea de estímulos visuales, e instrumento oftálmico que implementa dicho método.Instrumento oftálmico y método de medida, control y manipulación de las aberraciones (1) de los ojos (2, 3), que permite además la presentación simultánea de estímulos visuales durante la operación del mismo. Comprende un único dispositivo corrector de aberraciones (4) así como un solo sensor de aberraciones (5), conjugados ópticamente entre sí mediante un sistema óptico (14). Un sistema de iluminación (9) introduce sendos haces de luz en los dos ojos. La medida, control y manipulación de las aberraciones (1), así como la presentación de estímulos (6) visuales, se realizan de forma binocular (7, 8) y simultánea

Método de medida y control binocular de las aberraciones de los ojos, presentación simultánea de estímulos visuales, e instrumento oftálmico que implementa dicho método.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un instrumento y un método para la medida y el control binocular de las aberraciones presentes en el ojo humano, que permite además la presentación de estímulos visuales de forma simultánea a la operación del resto del método. La invención se refiere por tanto a un método que incorpora la llamada óptica adaptativa, como tecnología capaz de efectivamente actuar sobre el frente de onda de cada ojo de manera controlada, para la manipulación de las aberraciones de los ojos.

La invención está relacionada con la medida objetiva de la calidad óptica de los ojos, de forma binocular. Su campo se encuentra por tanto en el de instrumentos de carácter biomédico que son empleados para el estudio, diagnóstico o caracterización de algún proceso, sentido u órgano del ser humano. El método descrito se relaciona así mismo con la medida de la calidad visual subjetiva, por medio de test o realización de tareas visuales, que quedan afectados por la calidad óptica de los ojos, es decir sus aberraciones. Estas son medidas en todo caso también de manera objetiva. Dichas aberraciones de los ojos pueden ser eliminadas, de forma total o parcial, así como inducidas en mayor o menor grado de forma controlada. La invención por tanto se refiere a un instrumento que permite el estudio, caracterización y diagnóstico integral de la calidad de la visión, tanto desde un punto objetivo y puramente óptico, con la medida de las aberraciones, como desde un punto de vista subjetivo o perceptivo a través de la realización de test visuales en condiciones controladas, utilizando cada uno de los ojos por separado o ambos de modo binocular.

La invención describe explícitamente la realización práctica de un instrumento oftálmico, y sus variantes equivalentes que producen el mismo efecto, que implementa dicho método.

Antecedentes de la invención

La visión es un fenómeno complejo que involucra diferentes etapas, todas fuertemente interrelacionadas entre sí. En una primera fase, las imágenes de los objetos que conforman la escena que rodea al sujeto se forman sobre su retina, órgano situado en la parte posterior del ojo. Después en una etapa diferente, la retina convierte las imágenes en impulsos eléctricos y señales físico-químicas que son enviadas al cerebro por medio de células neuronales especializadas. Es en el cerebro donde tiene lugar la última etapa del proceso, y donde se produce la interpretación de la imagen, que a través de distintos procesos psicológicos da lugar a la percepción final de los objetos que inicialmente iniciaron el fenómeno de la visión. En la primera etapa, denominada comúnmente etapa óptica, la calidad de las imágenes producidas sobre la retina viene dada por las aberraciones que introduce la óptica del ojo, entendido éste como un sistema formador de imágenes. Por ello, el interés en medir y corregir las aberraciones del ojo es fundamental en el contexto de la visión. La visión en el ser humano es además binocular, se lleva a cabo mediante la cooperación de ambos ojos. Ello implica una serie de mejoras y características ventajosas sobre la percepción final del objeto con respecto al caso monocular, en la que la visión se hace a través de un solo ojo.

La medida objetiva de las aberraciones del frente de onda y su corrección mediante óptica adaptativa, entendiendo como tal la compensación en tiempo real, se ha descrito para el caso del ojo humano desde principios del siglo XXI. Así, en el trabajo de E. J. Fernández, I. Iglesias, y P. Artal, "Closed-loop adaptive optics in the human eye", Opt. Lett., 26, 746-748 (2001) se encuentra una primera implementación práctica de un sistema experimental que mediante un sensor de frente de onda, del tipo Hartmann-Shack, y un espejo deformable electrostático de membrana, consigue compensaciones de las aberraciones del ojo en tiempo real. El sensor de Hartmann-Shack, es entre todos los métodos existentes para la medida del frente de onda, el más utilizado hoy en día en el contexto de la óptica del ojo. Fue introducido originalmente en los trabajos de J. Liang, B. Grimm, S. Goelz, y J. F. Bille, "Objective measurement of WA's of the human eye with the use of a Hartmann-Shack wave-front sensor," J. Opt. Soc. Am. A 11, 1949-1957 (1994); J. Liang y D. R. Williams, "Aberrations and retinal image quality of the normal human eye," J. Opt. Soc. Am. A 14, 2873-2883 (1997); así como P. M. Prieto, F. Vargas-Martín, S. Goelz, P. Artal, "Analysis of the performance of the Hartmann-Shack sensor in the human eye", J. Opt. Soc. Am. A, 17, 1388-1398 (2000), para ser desde entonces empleado intensivamente en el campo óptica oftálmica.

Una aplicación de la óptica adaptativa de gran interés práctico es su empleo en simuladores visuales. El concepto fue originariamente descrito en el artículo de E. J. Fernández, S. Manzanera, P. Piers, P. Artal, "Adaptive optics visual simulator", J. Refrac. Surgery, 18, S634-S638 (2002). La aplicación se basa en emular unas determinadas condiciones ópticas de manera controlada, y registrar la percepción del sujeto a unos estímulos o tareas visuales dadas. Con ello se obtiene valiosa información sobre la relación entre la calidad óptica, descrita por las aberraciones, y la calidad visual.

Nuevos efectos relacionados con el concepto anterior se han obtenido recientemente, como los que se muestran en el artículo de P. Artal, L. Chen, E. J. Fernández, B. Singer, S. Manzanera, D. R. Williams, "Neural compensation for the eye's optical aberrations ", J. Vis., 4, 281-287 (2004). El concepto de simulación visual mediante óptica adaptativa ha sido también probado con éxito con fines de diseño de elementos oftálmicos.

Ejemplos específicos aplicado a las lentes intraoculares y lentes de contacto se encuentran en P. A. Piers, E. J. Fernández, S. Manzanera, S. Norrby, P. Artal, "Adaptive optics simulation of intraocular lenses with modified spherical aberration", Invest. Ophthalmol. Vis. Sci., 45, 4601-4610 (2004) y S. Manzanera, P. M. Prieto, D. B. Ayala, J. M. Lindacher, P. Artal, "Liquid crystal Adaptive Optics Visual Simulator: Application to testing and design of ophthalmic optical elements", Opt. Express, 15, 16177-16188 (2007).

Diversas patentes también han descrito el uso de la óptica adaptativa en el estudio y caracterización de la visión, y más concretamente en la estimación de las aberraciones ópticas del ojo. La medida de las aberraciones se ha usado bien para su posterior corrección mediante espejos deformables o moduladores de fase, bien para la estimación de la refracción del ojo, y su posterior compensación con lentes oftálmicas, de contacto, intraoculares, y en general métodos de corrección de bajo orden. Así, en el documento US 6 155 684 se describe un método para la medida subjetiva de las aberraciones del ojo, y su posterior o simultánea compensación. La invención permite estimar el error refractivo del ojo, y por ello la prescripción requerida para su corrección. El método puede ser utilizado exclusivamente en visión monocular.

Otro ejemplo se encuentra en el documento US 6 379 005 B1, donde se describe un sistema de óptica adaptativa para su uso específico en el ojo humano. Este incluye una medida de las aberraciones del ojo mediante un sensor de Hartmann-Shack, y su posterior corrección por medio de un espejo deformable. El procedimiento se propone para la prescripción de lentes oftálmicas, intraoculares, e incluso cirugía refractiva. El instrumento es aplicable a un único ojo. Su extensión al caso binocular requiere la duplicación de todos y cada uno de sus componentes.

En la misma dirección, el documento US 6 722 767 B2 muestra un método que combina la óptica adaptativa, mediante un elemento corrector que introduce aberraciones de manera controlada, con la respuesta subjetiva del sujeto a la degradación de los estímulos visuales presentados. Todo ello en condiciones monoculares. Su empleo en visión binocular requiere la replica del sistema experimental que implementa el método descrito.

En el documento US 6 709 108 se muestra un método para la medida objetiva de las aberraciones del ojo, y su posterior compensación óptica por medio de una primera corrección de foco y otra posterior del resto de aberraciones. El método permite la prescripción de correcciones oftálmicas usuales de bajo orden como gafas y lentes de contacto, bajo...

1. Instrumento oftálmico de medida, control y manipulación de las aberraciones (1) de los ojos (2, 3; 25, 26), que permite la presentación simultánea de estímulos visuales (6), que comprende un sistema de iluminación retiniana (9), un único dispositivo corrector de aberraciones (4, 37, 56) así como un solo sensor de aberraciones (5), estos últimos conjugados ópticamente entre sí mediante un sistema óptico (14), caracterizado por que las operaciones de medida, control y manipulación de las aberraciones (1) y presentación de estímulos se realizan de forma simultanea y binocular (7, 8).

2. Instrumento oftálmico de medida, control y manipulación de las aberraciones (1) de los ojos (2, 3; 25, 26) según lo descrito en la reivindicación 1 caracterizado por que el control del dispositivo corrector (4, 37, 56) de aberraciones se realiza en bucle cerrado a partir de las medidas del frente de onda obtenidas por el sensor (5), que incluyen las aberraciones del sujeto y las introducidas por el dispositivo corrector (4, 37, 56).

3. Instrumento oftálmico de medida, control y manipulación de las aberraciones (1) de los ojos (2, 3; 25, 26) según lo descrito en la reivindicación 1 caracterizado por que el control del dispositivo corrector (4, 37, 56) de aberraciones se realiza en bucle abierto a partir de las medidas del frente de onda obtenidas por el sensor (5), que incluyen únicamente las aberraciones del sujeto.

4. Instrumento oftálmico de medida, control y manipulación de las aberraciones (1) de los ojos (2, 3; 25, 26) según lo descrito en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3 caracterizado por que los estímulos visuales (60) que son proyectados en las retinas del sujeto, de forma binocular y simultánea a la operación de la medida y manipulación de las aberraciones de sus ojos, están afectadas por las aberraciones introducidas por el dispositivo corrector de aberraciones (4, 37, 56).

5. Instrumento oftálmico de medida, control y manipulación de las aberraciones (1) de los ojos (2, 3; 25, 26) según lo descrito en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 caracterizado por que el control y manipulación del desenfoque se realiza por medio de un optómetro de Badal (35, 36, 40, 41, 42, 43).

6. Instrumento oftálmico de medida, control y manipulación de las aberraciones (1) de los ojos (2, 3; 25, 26) según lo descrito en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 caracterizado por que el control y manipulación del desenfoque se realiza por medio del elemento corrector de aberraciones (4, 37, 56).

7. Instrumento oftálmico de medida, control y manipulación de las aberraciones (1) de los ojos (2, 3; 25, 26) según lo descrito en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 caracterizado por que el control y monitorización de las dos pupilas se lleva a cabo de manera simultanea por medio de una única cámara (50).

8. Instrumento oftálmico de medida, control y manipulación de las aberraciones (1) de los ojos (2, 3; 25, 26) según lo descrito en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 caracterizado por que el dispositivo corrector de aberraciones (4, 37, 56) es un espejo deformable bimórfico.

9. Instrumento oftálmico de medida, control y manipulación de las aberraciones (1) de los ojos (2, 3; 25, 26) según lo descrito en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 caracterizado por que el dispositivo corrector de aberraciones (4, 37, 56) es un espejo deformable electrostático.

10. Instrumento oftálmico de medida, control y manipulación de las aberraciones (1) de los ojos (2, 3; 25, 26) según lo descrito en cualquiera de las 4 reivindicaciones 1 a 7 caracterizado por que el dispositivo corrector de aberraciones (4, 37, 56) es un espejo deformable segmentado.

11. Instrumento oftálmico de medida, control y manipulación de las aberraciones (1) de los ojos (2, 3; 25, 26) según lo descrito en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 caracterizado por que el dispositivo corrector de aberraciones (4, 37, 56) es un espejo deformable basado en micro espejos de actuación independiente.

12. Instrumento oftálmico de medida, control y manipulación de las aberraciones (1) de los ojos (2, 3; 25, 26) según lo descrito en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 caracterizado por que el dispositivo corrector de aberraciones (4, 37, 56) es un modulador de fase de cristal líquido.

13. Instrumento oftálmico de medida, control y manipulación de las aberraciones (1) de los ojos (2, 3; 25, 26) según lo descrito en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 caracterizado por que el dispositivo corrector de aberraciones (4, 37, 56) es un modulador de fase de cristal líquido ferroeléctrico.

14. Instrumento oftálmico de medida, control y manipulación de las aberraciones (1) de los ojos (2, 3; 25, 26) según lo descrito en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 caracterizado por que el dispositivo corrector de aberraciones (4, 37, 56) es un modulador de fase de cristal líquido sobre Silicio.

15. Instrumento oftálmico de medida, control y manipulación de las aberraciones (1) de los ojos (2, 3; 25, 26) según lo descrito en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14 caracterizado por que el sensor de frente de onda (5) es del de tipo Hartmann-Shack (46, 52).

16. Instrumento oftálmico de medida, control y manipulación de las aberraciones (1) de los ojos (2, 3; 25, 26) según lo descrito en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14 caracterizado por que el sensor (5) es un sensor de frente de onda de tipo piramidal.

17. Instrumento oftálmico de medida, control y manipulación de las aberraciones (1) de los ojos (2, 3; 25, 26) según lo descrito en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14 caracterizado por que el sensor (5) es un sensor de frente de onda del tipo basado en la medida de la curvatura.

18. Instrumento oftálmico de medida, control y manipulación de las aberraciones (1) de los ojos (2, 3; 25, 26) según lo descrito en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14 caracterizado por que el sensor (5) es del tipo que emplea interferometría.

19. Instrumento oftálmico de medida, control y manipulación de las aberraciones (1) de los ojos (2, 3; 25, 26) según lo descrito en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14 caracterizado por que el sensor (5) es del tipo que emplea imágenes de la retina obtenidas en doble paso.

20. Instrumento oftálmico de medida, control y manipulación de las aberraciones (1) de los ojos (2, 3; 25, 26) según lo descrito en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14 caracterizado por que el sensor (5) es del tipo Tscherning.

21. Instrumento oftálmico de medida, control y manipulación de las aberraciones (1) de los ojos (2, 3; 25, 26) según lo descrito en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14 caracterizado por que el sensor (5) es del tipo de cilindros cruzados.

22. Instrumento oftálmico de medida, control y manipulación de las aberraciones (1) de los ojos (2, 3; 25, 26) según lo descrito en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 21 caracterizado por que la fuente de luz (27) es una fuente láser con emisión en el espectro visible.

23. Instrumento oftálmico de medida, control y manipulación de las aberraciones (1) de los ojos (2, 3; 25, 26) según lo descrito en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 21 caracterizado por que la fuente de luz (27) es una fuente láser con emisión en el espectro infrarrojo, fuera del rango visible.

24. Instrumento oftálmico de medida, control y manipulación de las aberraciones (1) de los ojos (2, 3; 25, 26) según lo descrito en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 21 caracterizado por que la fuente de luz (27) es una fuente térmica con emisión en el espectro visible.

25. Instrumento oftálmico de medida, control y manipulación de las aberraciones (1) de los ojos (2, 3; 25, 26) según lo descrito en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 21 caracterizado por que la fuente de luz (27) es una fuente térmica con emisión en el espectro infrarrojo, fuera del rango visible.

26. Instrumento oftálmico de medida, control y manipulación de las aberraciones (1) de los ojos (2, 3; 25, 26) según lo descrito en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 25 caracterizado por que el control de la trayectoria de los dos haces de iluminación (34, 34 bis) de los ojos (2, 3; 25, 26) se lleva a cabo mediante reflexiones en un prisma espejado (31) y dos espejos independientes (32, 33) cuyas posiciones y ángulos relativos pueden ser manipulados.

27. Instrumento oftálmico de medida, control y manipulación de las aberraciones (1) de los ojos (2, 3; 25, 26) según lo descrito en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 25 caracterizado por que el control de la trayectoria de los dos haces de iluminación (34, 34 bis) de los ojos (2, 3; 25, 26) se lleva a cabo mediante refracciones en prismas (63, 64, 65, 66) cuyas posiciones y ángulos relativos pueden ser manipulados.

28. Instrumento oftálmico de medida, control y manipulación de las aberraciones (1) de los ojos (2, 3; 25, 26) según lo descrito en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 25 caracterizado por que el control de la trayectoria de los dos haces de iluminación (34, 34 bis) de los ojos (2, 3; 25, 26) se lleva a cabo mediante una combinación de prismas y espejos (31, 32, 33, 63, 64, 65, 66) cuyas posiciones y ángulos relativos pueden ser manipulados.

29. Método de medida, control y manipulación de las aberraciones (1) de los ojos (2, 3; 25, 26) caracterizado por que emplea el instrumento oftálmico según lo descrito en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 28.