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

El objetivo de esta tesis ha sido obtener una mejor comprension de la influencia que tienen las aberraciones en la vision binocular mediante el uso de le tecnologia de optica adaptativa. Para este fin, se diseno y construyo un simulador visual binocular de optica adaptativa capaz de controlar de manera precisa la funcion pupila compleja en ambos ojos simultaneamente. El sistema se basa en el uso de moduladores espaciales de cristal liquido, lo que permite una alta resolucion 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 estan resumidos. El desenfoque inducido bilateralmente tiene un efecto desventajoso en la sumacion binocular. Mientras el minimo ocurre a distancias intermedias, la sumacion binocular recupera valores que se obtienen en el mejor foco. La aberracion esferica tiene un impacto favorable en la sumacion binocular. En cambio, si se corrige esta aberracion, se reduce la sumacion binocular. No obstante, si la calidad optica difiere entre los dos ojo, tanto el desenfoque como la aberracion esferica tienen un efecto negativo en la ventaja binocular. Se simulo el beneficio visual al llevarse a cabo una implantacion bilateral en pacientes pseudofaquicos con lentes intraoculares correctoras de aberracion esferica y aberracion cromatica longitudinal. En el caso de la correccion combinada de aberracion esferica y aberracion cromatica 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 correccion de aberraciones la sumacion 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 generacion de disparidad retiniana, el efecto depende, sin embargo, de la orientacion del coma. La mayor extension de la profundidad de foco se obtiene si el coma esta orientado verticalmente en la misma direccion en ambos ojos. La correccion de aberraciones binoculares y la sumacion binocular proporcionan una mayor ventaja en condiciones de baja luminancia. La sumacion binocular parece estar correlacionada inversamente con la agudeza monocular alcanzada a esos niveles de iluminacion y, por tanto, mitiga el rendimiento visual reducido. La vision binocular incrementa la precision subjetiva en la determinacion del mejor foco en baja luminancia. Se encontro un pequeno, pero consistente, desplazamiento relativo miopico cuando se reduce la iluminacion, que puede explicarse mediante el efecto Purkinje junto con la aberracion cromatica longitudinal del ojo humano. El desplazamiento aumenta si la aberracion esferica esta presente, probablemente debido a la extension de la profundidad de foco en combinacion con el error acomodativo. La simulacion de un implante corneal de abertura pequena demuestra que en condiciones fotopicas aumenta la profundidad de foco con igual eficacia que la monovision tradicional. Bajo condiciones de luz mesopicas, el rendimiento depende mas del sujeto, lo que destaca la importancia de tener en cuenta la agudeza visual bajo estas condiciones de iluminacion durante la seleccion de pacientes. La evaluacion de diversos procedimientos de correccion de presbicia muestra el potencial del simulador visual binocular de optica adaptativa como instrumento de uso clinico. Se podria usar el aparato para encontrar la correccion visual optima al tiempo que los pacientes podrian adquirir un rol activo en el proceso de tratamiento. Resumen en ingles 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.