Image formation in the retina is the first stage in the visual process (optical stage), which is completed with photoreceptor stimulation and distribution of the generated signals (retinal stage), transmission to the visual cortex and, ultimately, neural interpretation of the signal, which leads to the final visual perception (cortical stage). Aberrations and light scattering are the two phenomena that affect the first stage of the process. Thus, quantifying ocular optical quality is of paramount importance to know the visual quality of the patient. Aberrometers can measure eye aberrations in a fast and objective way. However, intraocular scattering has traditionally been measured in clinical settings by means of subjective and often excessively complex techniques. Double-pass (DP) is another alternative technique that provides information on both aberrations and intraocular scattering in an absolutely objective way. Despite the existence of a commercial clinical instrument based on such technique, no clinical studies including the normal values for optical quality and intraocular scattering measured with this instrument for the diagnosis and follow-up of ocular pathologies had been published to date. This Ph.D. thesis is about the assessment of optical quality and intraocular scattering with such instrument for three groups of population. First, young healthy eyes of patients aged between 18 and 30 years have been tested, determining the normal values for optical quality and intraocular scattering useful for early detection of anomalies. Second, normal age-related impairment has been studied in patients aged between 30 and 70 years, the values obtained being a reference for healthy aging. In this case, it has been found that worsening of optical aspects appears earlier than its effects on the visual function, which suggests some compensation by means of neural processes. Third, patients with different types of cataracts have been analysed, finding differences between them regarding their impact on aberrations and intraocular scattering and, consequently, on the worsening of the retinal image as well as on their effects on visual function .In this case, measurements of intraocular scattering by means of the DP technique and the psychophysical compensation-comparison method of fundus luminance have been compared, determining the correlation between both methods and the grade of cataract clinically diagnosed.
In addition, it has been implemented an experimental high-sensitivity double-pass system which includes an EM-CCD camera to measure intraocular scattering using a new quantifying method based on the double information present in the DP image, that is, aberrations and intraocular scattering. Particularly, the parameter developed (FSl3 - Frequency Scatter Index) is computed in the frequency domain taking into account the response at very low spatial frequencies (up to 3 cpd) exclusively. It has been shown that this new parameter can measure intraocular scattering caused by scattering filters as well as differentiate between patients with different grades of cataracts. On the other hand, the parameter exhibits very low sensitivity to the presence of aberrations. The device has also been used with three laser light sources - one with infrared radiation (780 nm wavelength) and the other two with visible radiation (630 nm and 520 nm respectively). This has made it possible to study the influence of wavelength on the measurement of intraocular scattering. The parameter has been compared with the OSI (Objective Scatter Index) provided by the commercial DP instrument as well. The results obtained clearly show the usefulness of the parameter developed and its robustness against defocus.
La formación de la imagen en la retina representa la primera etapa del proceso visual (etapa óptica) que se completa con la estimulación de los fotorreceptores y distribución de las señales generadas (etapa retiniana), transmisión al córtex visual y finalmente, la interpretación neuronal de la señal dando lugar a la percepción visual (etapa cortical). La presencia de aberraciones y la difusión de la luz afectan la primera etapa del proceso. Así pues, la cuantificación de la calidad óptica ocular es de gran importancia para conocer la calidad de la visión del paciente. Los aberrómetros permiten la medida de las aberraciones presentes en el ojo de forma rápida y objetiva . Sin embargo, la difusión intraocular ha sido medida tradicionalmente en un entorno clínico mediante técnicas subjetivas y, en muchos casos, excesivamente complejas El doble paso (DP) representa otra técnica alternativa que proporciona información de las aberraciones y también de la difusión intraocular de forma totalmente objetiva . Pese a que existe un instrumento comercial basado en esta técnica, hasta la fecha no existían estudios clínicos publicados con los valores de normalidad asociados a la calidad óptica y a la difusión intraocular medidas con este instrumento para el diagnóstico y el seguimiento de patologías oculares. En esta tesis doctoral se aborda la evaluación de la calidad óptica y de la difusión intraocular con dicho instrumento en tres tipos de población En primer lugar, se ha ensayado en pacientes jóvenes y sanos de entre 18 y 30 años de edad, determinando los valores de normalidad de la calidad óptica y la difusión intraocular útiles para la detección temprana de anomalías. En segundo lugar, se ha estudiado el deterioro normal relacionado con la edad en pacientes de edades comprendidas entre 30 y 70 años, siendo los valores obtenidos indicador de un envejecimiento sano; encontrándose que el deterioro de los factores ópticos aparece más tempranamente que las repercusiones sobre la función visual, lo cual sugiere cierta compensación por procesos neurales. En tercer lugar, se han analizado pacientes con distintas tipologías de cataratas, encontrando diferencias entre ellas con respecto a su impacto en las aberraciones y la difusión intraocular y, por tanto, en la degradación de la imagen retiniana, así com o en las repercusiones de las mismas sobre la función visual; en este caso, también se han comparado las medidas de la difusión intraocular medidas con la técnica del DP con el método psicofísico de comparación de la compensación de la luminancia de fondo equivalente determinando la correlación entre ambos métodos y el grado de catarata diagnosticado clínicamente . Por otro lado, se ha implementado un sistema experimental de doble paso con alta sensibilidad que incluye una cámara EM-CCD para medir la difusión intraocular utilizando un nuevo método de cuantificación basado en la doble información que contiene la imagen de DP, es decir, las aberraciones y la difusión intraocular. En concreto, el parámetro desarrollado (FSl3) - Frequency Scatter lndex) se computa en el dominio frecuencial teniendo en cuenta, únicamente, la respuesta a muy bajas frecuencias espaciales (hasta 3 cpg). Se ha demostrado que el nuevo parámetro es capaz de medir la difusión intraocular provocada por filtros difusores y también de distinguir entre pacientes con diferentes grados de cataratas. En cambio, es muy poco sensible a la presencia de aberraciones .Además, el dispositivo se ha utilizado con tres fuentes de luz láser; una con radiación infrarroja de 780 nm y, dos más con radiación visible, concretamente, de 630 nm y 520 nm, lo que ha permitido estudiar la influencia de la longitud de onda en la medida de la difusión intraocular. Además se ha comparado dicho parámetro con el OSI (Objective Scatter Index) proporcionado por el sistema de DP comercial. Los resultados obtenidos ponen de manifiesto la utilidad del parámetro desarrollado y su robustez frente al desenfoque
