Í N D I C E
1. INTRODUCCIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1
2. BASES FÍSICAS DE LAS ABERRACIONES
ÓPTICAS Y SU MEDIDA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3
3. ESTUDIOS EN LA POBLACIÓN NORMAL . . . .9
4. QUERATOCONO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13
5. ABERRACIONES TRAS INTERVENCIONES
QUIRÚRGICAS CORNEALES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16
6. CONCLUSIONES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .23
Bibliografía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .24
1. INTRODUCCIÓNUna de las exploraciones fundamentales en oftalmología es la medida cuantitativ a de agudeza visual.Ésta se realiza habitualmente de forma monocular e intentando determinar la máxima visión que unotiene sin corrección.
La agudeza visual se v e afectada tanto por defectos ópticos (en la cór nea y cr istalino) como por lalongitud axial del ojo, que deter minan la calidad de la imagen sobre la r etina. Cabe clasificar estetipo de defectos en1:
1. errores refractivos,2. aberraciones oculares,3. difracción de la luz, y4. dispersión (scattering) de la luz.
Nº: 16
Dr. Juan Sánchez NavésI.B.O. (INSTITUTO BALEAR DE OFTALMOLOGÍA)
Salvador Balle MonjoLuca FurfaroDE P A R T A M E N T ODE FÍSICA INTERDISCIPLINARIMEDEA-UIB-CSIC (BALEARES)
I N N O V A C I Ó N
Asimismo, alteraciones del sistema r etina-córtex visual pueden pr oducir unapérdida de agudeza.
Cuando detectamos una disminución de la visión debemos determinar cuál es elfactor que contribuye a esa pérdida de agudeza. Para descartar deficiencias en el sis-tema retina-córtex visual, se realiza una medida de agudeza visual interponiendodelante del ojo un agujero estenopeico, el cuál permite sólo la entrada de luz enla zona central del ojo, donde los defectos ópticos son habitualmente pocoimportantes.
Una vez determinado que la pérdida de visión es debida a factores ópticos, inten-tamos corregir el nivel de errores refractivos (miopía, hipermetropía y astigma-tismo), que son los mayoritarios en la población. Para ello, disponemos de cr is-tales de corrección esférica y cilíndrica, con los que podemos compensar la dife -rencia entre la focal y la longitud axial del ojo en dos planos ortogonales. S inembargo, es cada vez más frecuente encontrar pacientes con problemas de visión(halos nocturnos, visión monocular doble, starbust, etc.) que no somos capacesde corregir con los medios habituales (corr ección esfero-cilíndrica con lentes) apesar de corr esponder a bajas “ graduaciones” de segundo or den. Es el llamadohabitualmente astigmatismo irr egular, que conllev a una gran alteración en lacalidad visual del paciente y la impotencia del oftalmólogo para tratarlo. Estapatología se observa con mayor frecuencia a raíz de la generalización de las téc -nicas de cirugía refractiva2, 3 (LASIK, PRK, LASEK, queratotomía radial, etc.).
A través de los nuev os sistemas de medida podemos descr ibir el segundo niv elde deterioro de la imagen r etiniana por cuestiones ópticas, las llamadas aberra -ciones ópticas del ojo, e incluso diseñar sistemas ópticos auxiliar es para mejorarla calidad de esa imagen4.
Las aberraciones en sistemas ópticos han sido pr ofusamente estudiadas desde lasegunda mitad del siglo XIX, aunque su estudio sistemático en el ojo no se producehasta finales del siglo XX5. Las técnicas desarr olladas para su medición nos per mi-ten analizar las aberraciones llamadas de alto or den (habitualmente, del ter cer alsexto orden), en contraposición a las técnicas de diagnóstico habituales que sólocubren el desenfoque y astigmatismo, que corresponden a segundo orden. El primerorden o tilt, nor malmente no es medido por los sistemas conv encionales, pues notiene repercusión en la calidad de la imagen retiniana sino sólo en su posición.
2. BASES FÍSICAS DE LAS ABERRACIONESÓPTICAS Y SU MEDIDA
En un sistema óptico ideal, la imagen de un objeto dado es idéntica (salv o un factor deescala) al objeto original: la imagen de cada punto del objeto es también un punto, puestodos los rayos de luz que parten del punto objeto pasan por el punto imagen (véase la Fig.1). En este tipo de sistema, a cada plano objeto le corr esponde un plano imagen dado, yla relación entre ellos está dada por
3
1so
1si
+ = 1f
donde so y si son las distancias de los planos objeto e imagen al sistema óptico, mientrasque f es la focal del sistema.
En sistemas ópticos como la cámara fotográfica o el ojo, la distancia entre el sistema ópti-co y el plano imagen, s i, es fija (s i= L) y dada por la posición de la película fotográfica yla retina, respectivamente. En un ojo emétrope, la imagen de un objeto infinitamente ale-jado del ojo (s o= ∞) se forma sobr e la r etina, puesto que la longitud axial del ojo, L , esigual a su focal, f . Para que la imagen de un objeto situado a distancia s o del sistema seforme sobre el plano imagen, es pr eciso cambiar la focal del sistema óptico, pr oceso queen el caso del ojo se denomina “acomodación” y se consigue modificando la forma del cris-talino. En el proceso de acomodación, el cristalino se abomba, r educiendo la focal delsistema; ello permite v er corr ectamente objetos situados más allá del punto próximo(localizado a unos 25 cm del ojo), marcado por el límite de abombamiento que se puedeconseguir en el cristalino.
En un sistema óptico ideal de este tipo, el único error que puede producirse es que la focaldel ojo y su longitud axial no coincidan. En un ojo hipermétrope, la longitud axial del ojoes menor que la focal del mismo, lo que obliga al hipermétr ope a acomodar continua-mente; ello le permite ver correctamente los objetos situados a gran distancia, pero le alejael punto próximo. En un ojo miope, en cambio, la longitud axial del ojo ex cede su focal;puesto que la acomodación sólo puede reducir la focal del sistema, un ojo miope nunca vecorrectamente los objetos situados a gran distancia. La corr ección de estos defectos devisión puede r ealizarse simplemente mediante lentes esféricas que modifican la focal delsistema compuesto resultante.
4
Figura 1Al pasar por una lente ideal (línea azul), todos los rayos que par ten de cada punto del objeto (líneas rojas o verdes) pasan por un mismo punto, definiendo la imagen como el punto de cruce.
Un sistema óptico r eal exhibe desviaciones r especto de este compor tamiento, llamadas“aberraciones ópticas”. Las aberraciones ópticas provocan una pérdida de calidad de la ima-gen generada, tanto por distorsión como por pér dida de nitidez de la misma.
La más frecuente y conocida de las aberraciones ópticas es la llamada “astigmatismo”. Los sis-temas astigmáticos no poseen una focal bien definida, sino que los rayos de luz contenidos enun plano se cr uzan a una distancia f 1 mientras que los contenidos en otr o plano se cr uzan adistancia f2 (véase Fig. 2a). Si los dos planos característicos del sistema son perpendicular es yuna de las focales se corresponde con la longitud axial del ojo, ello provoca que la imagen estéenfocada en una de las dir ecciones, y fuera de foco en la otra (véase F ig. 2b). En este caso, elastigmatismo puede corregirse sencillamente mediante lentes cilíndricas; en el caso de que nin-guna de las dos focales coincida con la longitud axial del ojo, se r equieren lentes tóricas.
5
Object Point
Objective
SagittalFocalPlane
Circleof Least
Confusion
OpticalAxis
Tangential(Meridional)Focal Plane
AiryDiffraction
Pattern
AiryDiffraction
Pattern
Astigmatism Aberration
AiryDiffraction
Pattern
y
x
z
Figura 2A) Rayos de luz en un sistema óptico astigmático, mostrandola existencia de dos focales diferentes para los rayos en el plano tangencial (amarillos) y en el plano sagital (rojo). B) Imagen retiniana de la letra A en un ojo emétrope(izquierda) y en un ojo con astigmatismo ver tical (derecha).
A
A AAAAAAB
Existen muchos otr os tipos de aberraciones ópticas. E ntre las más fr ecuentes en el ojohumano cabe mencionar la aberración esférica (véase F ig. 3) y el coma (véase F ig. 4). Ensistemas que presentan aberración esférica, la distancia focal para los rayos cercanos al cen-tro de la lente es distinta de la focal para los rayos periféricos; así, en el plano imagen cadapunto objeto pr oduce una mancha de luz que deteriora la nitidez de la imagen, la cuáldeviene difuminada y borrosa.
6
Longitudinal and Transverse Spherical Aberration
TransverseSphericalAberration
PeripheralRays Circle
of LeastConfusion
ParaxialFocus
(3)
SimpleLens
ParaxialRays
LongitudinalSphericalAberration
(1)
(2)
FocalPlane
Objetive
Optical Axis
Ray Trace Diagram
Object Point
Microscope Image Image Plane
HairyPattern
PointSpread
Function
Image Plane
FocalPlane
Objetive
Optical Axis
Ray Trace Diagram
Object Point
Microscope Image Image Plane
PointSpread
Function
HairyPattern
Figura 3A) Rayos de luz en un sistema óptico con aberración esférica,mostrando la existencia de focales diferentes para los rayos cer-canos al eje óptico (foco paraxial) y para los rayos periféricos. B) Imagen retiniana de la letra A en un ojo emétrope(izquierda) y en un ojo con aberración esférica (derecha).
Figura 4Panel superior: imagen obser vadaen un microscopio libre deaberraciones, así como lastrayectorias de los rayos que entranen el objetivo, los cuáles sefocalizan todos en el mismo punto.Panel inferior: imagen obser vada enun microscopio cuyo objetivo sufrede fuerte coma.
A
A AAB
La aberrometría es una técnica objetiv a para medir las aberraciones de un sistema óptico,basada en el hecho de que la luz es una onda electr omagnética. Existen distintos métodospara realizar las medidas de aberración; uno de los más extendidos sigue siendo el desarro-llado por Hartmann y Shack. El método se basa en el muestr eo local del fr ente de ondasdel sistema real (Fig. 5); puesto que éste no coincide con el del sistema ideal, la tray ecto-ria de los ray os en el sistema r eal (flechas negras) no es la misma que en el sistema ideal(líneas rojas de puntos). Si ponemos una matriz de micr olentes en la pupila de salida del sis-tema óptico, las imágenes que se forman por cada elemento de la matriz se desplazan dellugar donde deberían formarse en el sistema ideal. Midiendo estos desplazamientos, pode-mos medir las v ariaciones (más específicamente, la cur vatura local) del fr ente de ondasobre la pupila de salida del sistema:
7
{∂W∂x xj,yk
∂W∂y xj,yk
∆xjkf
∆yjkf
=–
=–
FO real
FO ideal
∆y00x0y0
x0y1
x0yN
fPantallaCCD
Matrizde microlentes
Figura 5Principio de medida de la
aberración óptica según la técnica de Har tmann-Shack. Lalínea negra (roja) indica el frente
de onda en el sistema real(ideal); las trayectorias del rayo
principal en cada microlenteestán indicadas por la flecha
negra (línea roja discontinua).
donde f es la focal de las microlentes. Un programa de ordenador procesa esta informacióny descompone la aberración total del sistema en sus distintas componentes, algunas de lascuáles —las de segundo, tercer y cuarto orden— se muestran en la Fig. 6.
En el caso del ojo, la configuración esquemática de un aberrómetr o de Hartmann-Shackse muestra en la F ig. 7. Ello nos permite determinar cuánta aberración de cada tipo pr e-senta el ojo. A menudo, podemos obtener una información global de la calidad visual delmismo agrupando todos los coeficientes de aberración de orden superior a 2 en una únicamagnitud llamada aberración RMS.
8
Astigmatismo 450 Desenfoque Astigmatismo 900
Trefoil Coma Y Coma X Trefoil
Tetrafoil Esférica 4º orden Tetrafoil
Figura 6Diferentes tipos de aberraciones de segundo, tercer y cuar to orden.
LD
Planos conjugadosFigura 7
Esquema de funcionamientode un aberrómetro ocular de
tipo Hartmann-Shack. Undiodo láser infrarrojo manda
un haz de rayos paralelos, loscuáles son refractados por la
córnea y el cristalino.Posteriormente, se reflejan en
la retina y se refractannuevamente, pasando a través
de las dos lentes hasta elarray de microlentes que
forma las múltiples imágenessobre la CCD.
3. ESTUDIOS EN LA POBLACIÓN NORMALEn la población normal (ojos emétropes) encontramos aberraciones ópticas con valores deRMS bajos6, incluso en aquellos con visión “supernormal”7 (Figs. 8 y 9, paciente 1).
9
1 µm
0 µm
-1 µm
0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
Ast
igm
atis
m (
Axi
s 45
°)
Pow
er
Ast
igm
atis
m (
Axi
s 0°
)
Tref
oil X
-Axi
s
3rd
orde
r co
ma
X-A
xis
3rd
orde
r co
ma
Y-A
xis
Tref
oil Y
-Axi
s
Z44
odd
Z42
odd
4th
orde
r sp
heric
al a
berr
atio
n
Z42
even
Z44
even
Z55
odd
Z53
odd
Z51
odd
Z51
even
Z53
even
Z55
even
Figura 8Distribución de lasaberraciones ópticas en la población (en estegráfico aparecen los polinomios deZernike con lasexpansiones de tercer,cuarto y quinto orden), donde destaca el comade tercer orden depredominio vertical, yla aberración esféricapositiva de cuartoorden (picos en lagráfica). Aberracionesde mayor orden tienenpoca relevancia.
Figura 9Paciente 1 con una
graduaciónesferocilíndrica de
0.25 dp dondepredomina la aberración
de tercer orden tipotrefoil (imagen en forma
de trébol), en los mapas,el de la izquierda sería
el impacto de todo eldefecto refractivo del
paciente, el de laderecha representaría
las aberraciones deorden superior (a par tir
del tercero).
Los estudios r ealizados en pacientes miopes e hipermétr opes demuestran que los v alores deRMS no están correlacionados con los valores de desenfoque, siendo similares a los encontra-dos en la población emétrope aunque existen indicaciones de una mayor aberración RMS enhipermétropes que en miopes 8. Ello indica que los defectos visuales de alto or den contribui-rían a una mínima par te del total del defecto, por lo que la corr ección esferocilíndrica seríasuficiente para mejorar la visión de la gran mayoría de los pacientes (Figs. 10 y 11, paciente 2).
Por otra par te, se obser va una cier ta simetría entr e los coeficientes de alto or den corres-pondientes a los dos ojos de una misma persona (F igs. 12, 13 y 14, paciente 3) 9. Entreellos, el coma de tercer orden parece ser la aberración dominante más frecuente (Figs. 15,16 y 17, paciente 4). Por otra parte, cuanto menor es el diámetro pupilar, menor es la rele-vancia de las aberraciones de alto orden, de manera que aberraciones de orden superior alcuarto parecen tener poco impacto en la visión humana.
Puesto que el sistema óptico del ojo compr ende tr es elementos básicos difer enciados(lágrima sobre el epitelio corneal, la córnea y el cristalino), las aberraciones de alto or denpueden originarse por irr egularidades en la super ficie de cualquiera de estos tr es elemen-
10
9µm8µm7µm6µm5µm4µm3µm2µm1µm0µm
-1µm-2µm-3µm-4µm-5µm-6µm-7µm-8µm-9µm
Ast
igm
atis
m (
Axi
s 45
°)
Pow
er
Ast
igm
atis
m (
Axi
s 0°
)
Tref
oil X
-Axi
s
3rd
orde
r co
ma
X-A
xis
3rd
orde
r co
ma
Y-A
xis
Tref
oil Y
-Axi
s
Z44
odd
Z42
odd
4th
orde
r sp
heric
al a
berr
atio
n
Z42
even
Z44
even
Z55
odd
Z53
odd
Z51
odd
Z51
even
Z53
even
Z55
even
-0.16 -8.96
0.10
-0.07 -0.04 -0.10 -0.08 -0.01
0.05 0.05
-0.07 -0.02
0.01 0.01 0.01 0.01
-0.01 0.00
OD (right eye) 02.11.2004 16:21 PPR: -6.81 / -0.39 / 157°
Figura 11Paciente 2;coeficientes deZernike, podemosobservar que elpaciente presenta una miopía de –7dp,presentando unaaberración de altoorden baja(0.18micras),apreciando la escaladel nivel dedesenfoque (segundoorden), el resto de lasaberraciones jugaríanun impacto mínimosobre este paciente.
Figura 10Paciente 2; mapa
aberrométrico izquierdode 2º orden, cono de luz
desenfocado pordelante del plano
imagen, derecho alto orden, las
escalas centralesmuestran
numéricamente el valorabsoluto de cada color.
11
Ast
igm
atis
m (
Axi
s 45
°)
Pow
er
Ast
igm
atis
m (
Axi
s 0°
)
Tref
oil X
-Axi
s
3rd
orde
r co
ma
X-A
xis
3rd
orde
r co
ma
Y-A
xis
Tref
oil Y
-Axi
s
Z44
odd
Z42
odd
4th
orde
r sp
heric
al a
berr
atio
n
Z42
even
Z44
even
Z55
odd
Z53
odd
Z51
odd
Z51
even
Z53
even
Z55
even
2µm
1µm
0µm
-1µm
-2µm
OD (right eye) 08.06.2004 19:16 PPR: -4.00 / -1.19 / 155°
-1.06 -7.36
0.38 0.04 0.36 0.25
-0.21-0.08
-0.04 -0.55-0.08 -0.06
0.05
-0.01
0.04
0.00 0.00
0.01
Figura 14Coeficientes deZernike pertenecientesal mismo paciente 3,podemos observar la simetría de lasaberraciones de altoorden con unpredominio de laaberración esférica de 4º orden, el valorde la RMS sería altoen una paciente porotro lado con unamiopía baja.
Figura 13Paciente 3; mapa aberrométricoojo contralateral del mismo paciente.
Figura 12Paciente 3; mapa aberrométricosegundo y alto orden,el anillo periférico en el mapa derechomuestra una zona roja,en esa zona los rayosde luz se enfocaríanpor delante de lafocal.
4µm
3µm
2µm
1µm
0µm
-1µm
-2µm
-3µm
-4µm
Ast
igm
atis
m (
Axi
s 45
°)
Pow
er
Ast
igm
atis
m (
Axi
s 0°
)
Tref
oil X
-Axi
s
3rd
orde
r co
ma
X-A
xis
3rd
orde
r co
ma
Y-A
xis
Tref
oil Y
-Axi
s
Z44
odd
Z42
odd
4th
orde
r sp
heric
al a
berr
atio
n
Z42
even
Z44
even
Z55
odd
Z53
odd
Z51
odd
Z51
even
Z53
even
Z55
even-0.32 -6.92
0.37 0.01 0.45
-0.01-0.14
-0.06
0.06 0.01
-0.04
0.05 0.05
-0.03
0.06 0.01
-0.02
0.02
OS (left eye) 21.01.2005 13:00 PPR: -4.95 / -0.81 / 158°
Figura 15Paciente 4; topografías
superiores de alturaanterior y posterior,
mapas inferioresqueratométrico axial y
paquimetría óptica.
Figura 16Paciente 4; mapa
aberrométrico.
Figura 17Paciente 4; coeficientes
de Zernike. Paciente con–4.5 dp de miopía
(axial) y -0.75 dp deastigmatismo con a.v 1
en ambos ojos, presentaun coma vertical
acentuado (eje X), perodentro de los límites dela normalidad tal como
se ve en el gráficosuperior. Por otra parte,
el mapa de elevación de la córnea sigue
un patrón normal, por lo que el coma podría
ser debido a losdioptrios internos.
tos10. Hay que destacar que estos elementos inducen, en general, aberraciones de signoopuesto que tienden a compensarse11, 12. Ello conlleva que se produzcan variaciones en lasaberraciones de alto or den a lo largo de la vida: por ejemplo, el cristalino tiende a com-pensar la aberración esférica positiv a inducida por la córnea, per o las v ariaciones delmismo con la edad implican un paulatino empeoramiento de dicha corr ección13; asimis-mo, la aberración tipo coma también incr ementa con la edad.
4. QUERATOCONOEn esta frecuente patología ectásica corneal (1/2000), debida a la alteración pr ogresiva delas fibras de colágeno de su estr uctura, se producen grandes cambios en la mor fologíade la córnea, los cuáles deterioran la visión del paciente generalmente pr oduciendo unaumento de la cur vatura corneal de forma asimétrica, ya sea central o paracentral, habi-tualmente generando miopía y astigmatismo (Figs. 18 y 19, paciente 5).
13
Figura 18Paciente 5; mapa de
altura anterior y axial.
Figura 19Paciente 5; imagen de la luz queabandona el ojo y se recoge en lasmicrolentes (centroides), presenta unastigmatismo miópico oblicuo de 4dioptrías, la imagen de puntos de laaberrometría sigue el eje oblicuo de 36 o
donde la imagen de puntos está másseparada, en el eje ver tical los centroidesestán más próximos donde se situaría el ejemiópico, a pesar del alto astigmatismo ladistribución en forma de red de los puntoses bastante regular.
El diagnóstico parece claro en estadios av anzados, sobre todo a través de los signos topo-gráficos:
1. Asimetría Inferior-Superior >1.414
2. Skewing > 30 o, es decir el ángulo que formarían los hemimeridianos más cur vostendrían una orientación superior a 30 o, apreciándose en la esquiascopia una ima-gen en tijera o un patrón topográfico en J. Teniendo siempre en cuenta que haypatrones topográficos simétricos en pacientes con queratocono 15.
3. El cono sigue habitualmente una dir ección temporal inferior , con buenas corr ela-ciones con los mapas de altura y el mapa de cur vatura tangencial16.
4. Adelgazamiento corneal que habitualmente sigue al ápex del cono. Sin embargo, enmuchos otros casos las dudas son acentuadas con gr osores corneales normales 17 ycurvaturas dentro de la normalidad .
Los pacientes que presentan todos los signos topográficos anterior es son de fácil diagnós-tico (Figs. 20, 21, 22, 23 y 24, paciente 6). S in embargo, el problema se plantea en el lla-mado queratocono subclínico o “ frustre”, donde la posible inter vención con láser podríadegenerar en una ectasia corneal posterior.
14
Figura 20Paciente 6; mapa de altura anterior,posterior, axial y
paquimétrico.
Figura 21Paciente 6; imagen de centroides donde a
diferencia de la fig.19 la red de puntos seríaasimétrica, con una mayor agrupación de los
mismos en la zona que correspondería alcono, en la foto zona inferior izquierda.
15
9µm8µm7µm6µm5µm4µm3µm2µm1µm0µm
-1µm-2µm-3µm-4µm-5µm-6µm-7µm-8µm-9µm
OD (right eye) 04.01.2005 18:07 PPR: -9.55 / -3.35 / 51°
Ast
igm
atis
m (
Axi
s 45
°)
Pow
er
Ast
igm
atis
m (
Axi
s 0°
)
Tref
oil X
-Axi
s
3rd
orde
r co
ma
X-A
xis
3rd
orde
r co
ma
Y-A
xis
Tref
oil Y
-Axi
s
Z44
odd
Z42
odd
4th
orde
r sp
heric
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berr
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Z42
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Z44
even
Z55
odd
Z53
odd
Z51
odd
Z51
even
Z53
even
Z55
even
2.51
-13.21 -0.19
0.171.00
0.49 0.33
-0.07-0.27
0.440.17 0.08 0.02 0.04
-0.01 -0.03
0.09
-0.02
Figura 22Paciente 6; mapaaberrométrico, dondea pesar de lasaberraciones de altoorden de 1.30 micraspredomina el defectomiópico (ver escaladerecha).
Figura 23Paciente 6; coeficientes de Zernike, presenta todos los aspectos topográficos clásicos de un queratocono, el predominio del cono temporal inferior , siguiendo la zona de mayoradelgazamiento corneal y con una elevación patológica de la cara posterior de la cór neaseguida por la superficie anterior, lo que provoca un incremento brusco de la cur vatura local,todo ello contribuye a generar un valor elevado de r ms (1.30) de alto orden, a expensas sobretodo de un aumento del coma ver tical según la dirección del queratocono. Ese aumento de la curvatura local genera una alta miopía y astigmatismo, defecto que predomina sobre lasaberraciones de alto orden, con una longitud axial nor mal (23,37mm), a pesar de que el restode la exploración oftalmológica es normal, su máxima visión corregida con gafas es de 0.6.
La agudeza visual se deteriora a medida que aumentan las aberraciones ópticas con el incre-mento del cono. A mayor aumento del cono aumenta así la aberración óptica junto con lamiopía y astigmatismo, postulando que podría ser un buen indicador de la pr ogresión dela enfermedad 18. G eneralmente, y dependiendo de la orientación del mismo, se incr e-menta mucho la aberración tipo coma 19 en el eje x básicamente y el tr efoil (recordemosque son aberraciones que se encuentran normalmente en la población normal) (F igs. 20,21, 22). La protusión del mismo determinará la cantidad de aberración que éste pr ovocateniendo una buena corr elación con las imágenes topográficas de altura 20, lo que hacesuponer que la gran may oría de aberraciones son generadas por la córnea. Así el segui-miento aberrométrico proporcionaría un nuevo método de seguimiento de estos pacientesy sus familiares.
5. ABERRACIONES TRAS INTERVENCIONESQUIRÚRGICAS CORNEALES
El cambio de la refracción ocular a través de la modificación de alguna de las lentes del ojo(córnea o cristalino) permite corregir las ametropías. La mayor parte de la cirugía actual serealiza sobre la córnea, modificando localmente la cur vatura de la misma mediante dife-rentes técnicas con el fin de conseguir una focal adecuada para la visión lejana. Todo estose realiza con éxito en la mayor parte de los pacientes.
Sin embargo, la intervención quirúrgica sobre la córnea para corregir las ametropías sueleinducir un aumento, en grado diverso, de las aberraciones de alto orden. Ello puede deber-se tanto al paso del microqueratomo como a la modificación del perfil corneal tras la inter-vención, y también a centrados imper fectos de la z ona óptica tratada. Como ya se hacomentado, ello enfr enta al oftalmólogo con un pr oblema poco fr ecuente hasta tiempos
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Figura 24Paciente 6;
aplicando la escala de normalidad (zonas
en color verde)podemos ver que la
cara posterior de la córnea es la más
afectada, sigue ladirección de máximo
adelgazamientocorneal repercutiendo
finalmente sobre lacara anterior, lasescalas lateralesmarcan en verde los intervalos de
normalidad en la población.
recientes: un paciente “ sin graduación” que muestra pér dida de agudeza visual debido aaberraciones de alto or den, sobre todo en condiciones mesópicas y escotópicas. N o obs-tante, la r epercusión psicofísica tiene a v eces r esultados contradictorios, pues muchospacientes con pupilas escotópicas por encima de 6.5 mm ya tienen problemas de halos pre-vios a la cir ugía y estarían “ acostumbrados” a ellos. P or estas raz ones, la r elación entr ecorrección de cantidad de visión y “ pérdida” de calidad de la misma debe estar ajustadapara obtener buenos resultados quirúrgicos.
Hay que destacar que, debido a la inter vención, no todas las aberraciones de alto or denaparecen con la misma frecuencia. Las que más frecuentemente se observan son las llama-das “aberración esférica” y “coma”, aunque en la may oría de los casos se obser van contri-buciones de múltiples aberraciones de alto or den (Figs. 25, 26, 27 y 28, paciente 7).
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Figura 25Paciente 7; mapas de
altura queratométricos ypaquimetría, en estoscasos la obtención de
imágenes resulta difícildebido al estado de la
superficie anterior de la córnea.
Figura 26Paciente 7; centroides con mucho scattering
de luz e imagen moteada, los resultadosobtenidos pueden llegar a exceder el rango
de medida.
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12µm
10µm
8µm
6µm
4µm
2µm
0µm
-2µm
-4µm
-6µm
-8µm
-10µm
-12µm
OD (right eye) 11.02.2005 11:35 PPR: -6.70 / -2.25 / 36°
1.84
-12.54
0.25
-2.77
0.94 0.18 1.380.45
0.08
-0.97-0.46
0.36
0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
Ast
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atis
m (
Axi
s 45
°)
Pow
er
Ast
igm
atis
m (
Axi
s 0°
)
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-Axi
s
3rd
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xis
3rd
orde
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ma
Y-A
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-Axi
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odd
Z42
odd
4th
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r sp
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n
Z42
even
Z44
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Z55
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Z53
odd
Z51
odd
Z51
even
Z53
even
Z55
even
Figura 28Paciente 7; coeficientes de Zernike, fue operado hace 25 años de queratoplastia bilateral por queratocono,en el ojo derecho fue sometido hace tiempo a una resección en cuña por el alto astigmatismo; a pesar deque el trasplante presenta un aspecto excelente parece que la recidiva del queratocono es evidente; en estecaso, a parte de la miopía y astigmatismo generado por la cór nea, podemos observar unas aberraciones dealto orden donde predomina el trefoil. Su máxima agudeza visual corregida en plano gafa es de 0.3, conuna exploración oftalmológica por lo demás nor mal.
Figura 27Paciente 7; mapas
aberrométricos(obtenidos al procesar
la fig. 26), con un alto rms de 3.46
micras y depredominio trefoil
de 3er orden.
A. Aberración esférica
La aberración esférica se caracteriza por el hecho de que, para un objeto situado sobr e eleje óptico, los rayos de luz de las z onas periféricas de la lente no se focalizan en el mismopunto que los rayos centrales (véase Fig. 3). Puede ser positiva o negativa según que la focalpara los rayos periféricos sea menor o mayor que la de los rayos centrales.
En un ojo no tratado, la córnea tiene un per fil asférico y pr olato21, es decir , el radio decurvatura de la misma aumenta de centro a periferia. Al corregir miopía, habitualmente seinvierte esta relación, resultando una córnea más plana en la zona central y más incurvadaen la zona periférica, es decir, un perfil asférico oblato (Figs. 29, 30 y 31, paciente 2). E nel caso de los hipermétr opes, la tendencia es la inv ersa, intentando cr ear una córnea demayor curvatura en la zona central.
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Figura 30Paciente 2 postop.Mapas aberrométricostras cirugía de la paciente de la figura 10.
Figura 29Paciente 2 postop. Enel mapa A se muestrala curvatura anteriorde la córnea endioptrías, el perfilantes de la cirugía esprolato, mayor poderdióptrico de centro aperiferia (es decir,radio de curvaturaque aumenta decentro a periferia),invirtiéndose larelación tras elaplanamiento cornealpostop. Mapa B.
Las primeras técnicas de modificación de la cur vatura corneal se basar on en incisionespracticadas en la córnea, la cuál cambiaba sus radios de cur vatura a través de la subsi-guiente r elajación biomecánica (queratotomías). A ctualmente, dicho efecto se obtienemediante la extracción selectiv a y controlada de tejido corneal por foto-ablación, técnicamucho menos agresiva, más controlable y de mejores resultados finales.
En el tratamiento de la miopía, se elimina principalmente estroma de la zona central de lacórnea. En el ápex, el gr osor h de la capa de material a extraer viene determinado en pri-mera instancia por la fórmula de Munnerlyn (h = D·Φ2/3, donde D es la corrección visuala aplicar medida en dioptrías, Φ el diámetro de la zona óptica que deseamos tratar medi-do en mm y h el grosor en micras). Como puede verse, cuantas más dioptrías a corregir ocuanto mayor sea la zona óptica a tratar, más tejido tendremos que remover. En la prácti-ca, la zona intervenida es algo may or que la z ona óptica teórica debido a la necesidad deadaptar suavemente los radios de cur vatura de las z onas intervenida y no inter venida, lallamada zona de transición. Los límites de aplicación de esta técnica vienen mar cados porla estabilidad biomecánica de la córnea, pues necesitamos mantener un estr oma residualmínimo de 250 micras tras la aplicación del ex címer. Por ello, en pacientes con alta gra-duación o baja paquimetría esa r elación debe ser mantenida o bien hipocorrigiendo alpaciente o disminuyendo la zona óptica.
En el tratamiento de la hipermetr opía, se cr ea una z ona central de radio de cur vaturamenor a expensas de extraer tejido de la periferia y media periferia. E n general, la zona detransición es de peor calidad que en el caso miópico debido a pr oblemas biomecánicos.
Claramente, esta intervención induce aberración esférica en el ojo22, en mayor medida cuan-to menor sea la zona óptica y peor la calidad de las z onas de transición. En el caso del trata-miento de miopía, los rayos de un objeto infinitamente alejado que inciden en la z ona ópti-ca ablacionada se focalizan correctamente sobre la retina, mientras que los que inciden en la
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9µm8µm7µm6µm5µm4µm3µm2µm1µm0µm
-1µm-2µm-3µm-4µm-5µm-6µm-7µm-8µm-9µm
OD (right eye) 08.03.2005 13:32 PPR: +0.69 / -0.17 / 157°
Ast
igm
atis
m (
Axi
s 45
°)
Pow
er
Ast
igm
atis
m (
Axi
s 0°
)
Tref
oil X
-Axi
s
3rd
orde
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X-A
xis
3rd
orde
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Y-A
xis
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-Axi
s
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Z42
odd
4th
orde
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n
Z42
even
Z44
even
Z55
odd
Z53
odd
Z51
odd
Z51
even
Z53
even
Z55
even
0.00 0.10 0.06 0.09
-0.50-0.03 -0.16
0.12 0.10
-0.34 -0.15
0.11 0.01 0.08
-0.01 -0.03
0.06 0.08
Figura 31Paciente 2 postop;
coeficientes de Zernike,esta paciente fue
intervenida conablación guiada por
frente de ondas,intentamos ablacionar
una zona óptica ampliaen un ojo con una
pupila escotópica demás de 7.5 mm. La reducción del
segundo orden esexcelente a expensas
de un incremento en elcoma vertical y la
esférica, sin embargo la satisfacción de la
paciente es muy alta.
zona no ablacionada o en la zona de transición se enfocan por delante de la r etina, generan-do así una aberración esférica positiv a (ver Fig. 3). En el tratamiento de hipermetr opías, laaberración esférica suele ser negativa, puesto que los rayos de la zona medioperiférica tiendena focalizarse por detrás del plano imagen, generando visión de halos, etc., incluso cuando elpaciente muestre una ex celente visión diurna debido al centrado corr ecto del tratamiento .Además, suele ser de mayor magnitud debido a la peor calidad de las z onas de transición.
B. Coma
La aberración llamada coma se caracteriza por el hecho de que, para un objeto situadofuera del eje óptico, las focales corr espondientes a los rayos de luz de las z onas periféricasde la lente no sólo son distintas de la focal de la z ona central, sino que no se encuentrantodas ellas sobre la misma línea recta; para un objeto puntual, ello origina una imagen reti-niana en forma de gota de agua (véase F ig. 4).
Cualquier intervención sobre la córnea puede generar coma a consecuencia de descen-tramientos de la zona intervenida respecto al eje visual. Por ello, el centrado de la z onaóptica debe ser pr eservado en la medida de lo posible, lo que en algunos casos puedesuponer una auténtica dificultad (F igs. 32, 33, 34, 35 y 36, paciente 8). H emos obser-vado coma tras:
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1. técnicas donde sólo utilizamos elementos mecánicos, por ejemplo:
• queratotomía radial • queratomileusis • ojales (buttonholes)• flaps incompletos • pliegues en el flap
2. técnicas de ablación con láser, por ejemplo:• PRK • LASEK • LASIK• ectasia corneal tras excesivo adelgaza-
miento de la córnea • síndrome de la bisagra • etc.
Figura 32Paciente 8; mapas dealtura, queratométricoy grosor corneal eneste caso normal yaque se trata de unaqueratotomía radial.
Figura 33Paciente 8; imagen
especular de losanillos de plácido
proyectados sobre lacara anterior de
la córnea donde seaprecia el mayor
aplanamiento inferiorizquierdo con
deformidad de lasmiras.
Figura 34Paciente 8; mapa de
curvatura conaplanamiento
asimétrico nasalinferior.
Figura 35Paciente 8; mapa
aberrométrico.
6. CONCLUSIONESTal y como hemos podido ver en el transcurso de la discusión de los difer entes casos clínicos:1. Las aberraciones ópticas de alto orden se encuentran en todos los ojos en mayor o menor medida,
habitualmente con un valor RMS bajo. 2. Las modificaciones de los elementos ópticos del ojo incr ementan siempre las aberraciones de alto
orden.3. La pérdida tanto de agudeza visual como de calidad de la misma puede ser debida a v alores RMS
altos de la aberración óptica.4. El diagnóstico y tratamiento de estos casos r equiere desarrollar y poner a punto técnicas fiables y
reproducibles para corregir o disminuir las aberraciones ópticas de ter cer orden (coma y tr efoil)junto con el cuarto (básicamente la aberración esférica).
5. En ojos afectos de grandes aberraciones (queratoconos, queratoplastias, leucomas corneales, etc.),las medidas aberrométricas deben ser interpretadas con precaución. Incluso nos encontramos conalgunos pacientes inmedibles.
6. La topografía corneal es un interesante complemento de las medidas aberr ométricas, pues proveeindicaciones útiles acerca del tipo de aberración dominante en un ojo tras cualquier tipo de cir u-gía, trauma o distrofia que afecte la estructura corneal, sobre todo el mapa de elevación anterior.
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OS (left eye) 01.02.2005 17:55 PPR: -0.42 / -2.56 / 176°
4µm
3µm
2µm
1µm
0µm
-1µm
-2µm
-3µm
-4µm
-0.35 -3.30
1.23
-0.34 -1.38 -1.35
0.38
-0.06 -0.09 -0.63 -0.35 -0.30-0.21 -0.22
0.19
-0.02 -0.11 -0.08
Ast
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atis
m (
Axi
s 45
°)
Pow
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igm
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Figura 36Paciente 8; coeficientes de Zernike (este paciente tuvo que ser dilatado para obtenerlos, entodos los demás casos se obtienen los valores con pupilas sin dilatación far macológica y convalores rms de pupilas mayores a 6 mm para que puedan ser comparadas), inter venidomediante queratotomía radial de –4 dioptrías, presenta un claro descentramiento nasalinferior, con grosores corneales normales, lo que genera un valor alto de r ms a expensas deun coma “oblicuo” que se aprecia bien en la defor mación de las miras de la proyección deldisco de plácido sobre la cara anterior de la cór nea donde las miras están más separadas(aplanadas) en la zona nasal inferior, la distribución de las aberraciones de alto ordensiguen perfectamente la dirección de mayor aplanamiento nasal inferior , el elevado rms decasi 2 micras de desviación del plano ideal, hacen que a pesar de la correcciónesferocilíndrica con gafa la visión del paciente sea de 0.5.
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BIBLIOGRAFÍA
1. D. A. Atchison. G. Smith. Optics of the human eye; Butterworth Heinemann 2000; pág 194.2. Oshika et al. H igher or der aberr ations of cor nea and magnitude of cor nea corr elation in lasik.
Opthalmology: 109; 6, págs. 1154-1158.3. R. A. Applegate et al. Cor neal aberration and visual per formance after lasikl. J R efract Surg. 1998
Jul-Aug;14(4):397-407.4. G. Yoon et al. Vision improvement by correcting HOA with phase plates in normal eyes. J Refractive
Surgery; 20:523-7.5. LN Thibos et al. Statistical variation of aberration structure and image quality in a normal popula-
tion of healthy eyes. J Opt Soc Am Image Sci Vis 2002; 19:2329-48.6. Applegate RA, Howland HC.Refractive surgery, optical aberrations, and visual performance. J Refract
Surg 1997; 13:295-9.7. Yair Levy et al. Ocular higher-order aberrations in eyes with supernormal vision. American Journal
of opthalmology. Published online 1.10.2005.8. Llorente L et al. Myopic versus hyperopic eyes: axial length, corneal shape and optical aberration. J Vis
2004; 4:288-98.9. J. Porter et al. Monocrhomatic aberrations of the human ey e in a large population. J Opt Soc Am A
Opt Image Sci Vis 2001; 18:1793-803.10. S. Koh et al. Effect of tear film break-up on higher order aberrations measured with wavefront sensor.
American Journal of Opthalmology 2002; 134:115-117.11. S. Barbero, S. Ma rcos,J. Merayo-Llovés. Corneal and total optical aberr ations in a unilateral apha-
kic patient. Journal of cataract and refractive surgery 2002; 28:1594-1600.12. R. A. Applegate, J. D. Marsack, R. Ramos et al. Interaction between aberrations to improve or redu-
ce visual performance. Journal of cataract and refractive surgery 2003; 29:1487-1495.13. A. Sh iro et al. A ge-related changes in cor neal and ocular high er or der wavefront aberrations.
American Journal of opthalmology 2004; 137: 988-992. 14. Xiaohui Li, Rabinowitz Yaron, Rasheed Karim et al. Longitudinal study of the normal eyes in unila-
teral keratoconus patients. Opthalmology 2004; 111:440-446.15. D. Levy, H. Hutchings, J. F. Rouland et al. Videokeratographic anomalies in familial ker atoconus.
Opthalmology 2004; 111:867-874.16. G. A uffarth, Li Wang, H. Völker. Keratoconus ev aluation using the orbscan topogr aphy system.
Journal of cataract and refractive surgery 2000; 26:222-228.17. S. N. Rao, T. Raviv, P. A. Majmudar. Role of orbscan II in scr eening Keratoconus suspects befor e
refractive corneal surgery. Opthalmology 2002; 109:1642-1646.18. T. Oshika, T. Tanabe, A. Tomidokoro. Progression of keratoconus assessed by fourier analysis of vide -
okeratography data. Opthalmology 2002; 109:339-342.19. N. Maeda, T Fujikado; T. Kuroda. Wavefront aberrations measured with Hartmann-Shack sensor in
patients with keratoconus. Opthalmology 2002; 109:1996-2003. 20. S. Barbero, S. Marcos, J. Merayo-Lloves et al. Validation of the estimation of corneal aberrations from
videokeratography in keratoconus.Journal of Refractive Surgery; 18:263-270.21. P. M. Kiely, G. Smith, L.G. Carney. The mean shape of the human cornea. Optica Acta. 1982; vol.
8: 361-364.22. E. Moreno-Barriuso, J. Merayo Llovés, S. Marcos et al. O cular aberrations before and after myopic
refractive surgery:lasik induced changes measured with laser ray tracing. Invest. Ophth. Vis. Sci. 2001:vol 4; 1396-1403.