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Visual simulation of different optical designs

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22 - Física
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Visual simulation of different optical designs

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dc.contributor.advisor	Cerviño Expósito, Alejandro
dc.contributor.advisor	Madrid Costa, David
dc.contributor.author	Papadatou, Eleni
dc.contributor.other	Departament d'Òptica	es_ES
dc.date.accessioned	2016-12-07T09:57:46Z
dc.date.available	2017-12-08T05:45:05Z
dc.date.issued	2016	es_ES
dc.date.submitted	02-12-2016	es_ES
dc.identifier.uri	http://hdl.handle.net/10550/56264
dc.description.abstract	Presbyopia is the age-related, irreversible loss of the accomodative ability of the human eye, which affects near visual performance. The present PhD Thesis aimed to evaluate optical and visual aspects of multifocal designs for presbyopia treatment that can be found in contact and intraocular lenses. First, a metric was implemented that facilitates the in vitro evaluation of intraocular lenses. The idea of the metric is based on the axial modulation transfer function of the intraocular lenses which can be obtained with a proper laboratory equipment. The metric assesses the volume under the surface defined by the axial modulation transfer function within adjustable defocus and spatial frequency intervals. It allows for fast and objective comparisons between different types and designs of intraocular lenses, therefore, it can be a useful tool in laboratory evaluation of presbyopic optical elements. The metric was applied for evaluating the in vitro optical quality of four different types of intraocular lenses that consisted of the most common designs: a monofocal, a bifocal, a trifocal and an extended range intraocular lens, revealing the optical quality that these elements can offer according to their design. The evaluation was performed for two different pupil diameters (3-mm and 4.5-mm) and the results suggested that the optical quality of the monofocal design for far vision was superior than that exhibited by the multifocal designs. On the other hand, the multifocal intraocular lenses provided better optical quality at more than one vergence. Since some pseudophakic patients implanted with multifocal intraocular lenses show elevated straylight levels, the abovementioned lenses were tested with an apparatus for assesing in vitro their straylight levels; the results showed no differences between the monofocal and the multifocal designs. Moreover, the straylight levels of all the lenses were lower than the straylight exhibited by the young healthy crystalline lens. For multifocal contact lenses the pupil dynamics have a crucial role in the visual performance. For this purpose, the power profiles of center-near and center-distance designs were obtained and a thorough analysis of the effect of pupil size upon the power distribution of these lenses was performed. The results of this study, if combined with pupil data from presbyopes, can provide useful information for improving the fitting of presbyopes, thus increasing visual performance with multifocal contact lenses. Since simultaneous vision is the most common approach for multifocal solutions, a methodology for non-invasive control of visual performance with simultaneous vision solutions was presented. This methodology is based on adaptive optics technology and the ability of a deformable mirror to change its shape in a quick fashion between two vergences (temporal multiplexing). It can simulate different bifocal designs, including toric and combinations of spherical aberration and investigate subjective visual performance for different multifocal contact or intraocular lens designs. Lastly, a pilot study was conducted where high (100%) and low contrast (10%) visual acuity with simulated optical designs was evaluated by obtaining defocus curves. The simulations were generated using Fourier optics and included a monofocal, an angular bifocal, a radial bifocal, a radial trifocal and an extended range design. To those simulations, higher order aberrrations from an aging cornea were added. The preliminary results showed that corneal higher order aberrations could increase the depth of focus in expense of visual acuity and also that low contrast visual acuity was worse with multifocal designs in particular.	en_US
dc.description.abstract	La presbicia es la pérdida irreversible de la capacidad de acomodar del ojo humano asociada a la edad, que afecta al rendimiento visual para con objetos cercanos. La presente Tesis Doctoral tiene como objetivo evaluar los aspectos ópticos y visuales de diferentes diseños multifocales para el tratamiento de la presbicia que se encuentran en lentes de contacto e intraoculares. En primer lugar, se implementó una métrica que facilita la evaluación in vitro de las lentes intraoculares. La idea de esta métrica se basa en la función de transferencia de modulación axial de las lentes intraoculares, la cual puede obtenerse con un instrumento de laboratorio adecuado. La métrica evalúa el volumen bajo la superficie definida por la función de transferencia de modulación axial dentro de intervalos ajustables de desenfoque y de frecuencia espacial. Permite comparaciones rápidas y objetivas entre diferentes tipos y diseños de lentes intraoculares y, por tanto, puede ser una herramienta útil en la evaluación de elementos ópticos diseñados para la compensación de la presbicia. La métrica descrita anteriormente se aplicó para evaluar la calidad óptica in vitro de cuatro tipos diferentes de lentes intraoculares con los diseños más comunes: una lente monofocal, una bifocal, una trifocal y una lente intraocular de rango extendido, revelando la calidad óptica que estos elementos pueden ofrecer. La evaluación se realizó para dos tamaños de apertura circular diferentes (3 mm y 4,5 mm) y los resultados mostraron que la calidad óptica del diseño monofocal para visión de lejos era superior a la exhibida por los diseños multifocales. Por otra parte, las lentes intraoculares multifocales proporcionaron una mejor calidad óptica en más de una vergencia. Debido a que algunos pacientes pseudofáquicos implantados con lentes intraoculares multifocales muestran niveles elevados de straylight, las lentes antes mencionadas se evaluaron con un instrumento que permitió determinar in vitro los niveles de straylight de las diferentes lentes. Los resultados no mostraron diferencias entre los diseños monofocales y multifocales. Además, los niveles de straylight de todas las lentes eran inferiores al valor medio exhibido por el cristalino de ojos jóvenes. Con respecto a las lentes de contacto multifocales, la dinámica de la pupila tiene un papel crucial en el rendimiento visual. Por ello, se obtuvieron perfiles de potencia de diferentes diseños de lentes centro-cerca, y se realizó un análisis exhaustivo del efecto del tamaño de la pupila sobre la distribución de potencia de estas lentes. Los resultados de este estudio, si se combinan con los datos de tamaño pupilar de sujetos présbitas, pueden proporcionar información útil para mejorar el ajuste de este tipo de lentes de contacto a présbitas, aumentando así el rendimiento visual con lentes de contacto multifocales. Dado que la visión simultánea es el enfoque más común para las soluciones multifocales, se presentó una metodología para la simulación no invasiva de diseños compensadores de presbicia. Esta metodología se basa en la tecnología de óptica adaptativa y en la capacidad de un espejo deformable para cambiar su forma muy rápidamente entre dos vergencias (multiplexación temporal). Esta técnica permite simular diferentes diseños bifocales, incluyendo diseños para compensación de astigmatismo, así como diseños con diferentes combinaciones de aberración esférica. También permite investigar el rendimiento visual subjetivo para diferentes diseños que imitan lentes de contacto multifocales o lentes intraoculares. Por último, se realizó un estudio piloto en el que se evaluó la agudeza visual en condiciones de alto (100%) y bajo contraste (10%) con diferentes diseños ópticos mediante la obtención de curvas de desenfoque. Las simulaciones fueron generadas usando óptica de Fourier e incluyeron un diseño monofocal, un angular bifocal, un radial bifocal, un radial trifocal y un diseño que imitaba a las lentes de rango extendido. A estas simulaciones se añadieron aberraciones de alto orden procedentes de un modelo de córnea de 60 años. Los resultados preliminares mostraron que las aberraciones corneales de alto orden podrían aumentar la profundidad de foco, pero a expensas de una pérdida de agudeza visual. Por otro lado, se vio que la agudeza visual en condiciones de bajo contraste empeoraba bastante cuando los diseños multifocales eran complejos.	es_ES
dc.format.extent	156 p.	es_ES
dc.language.iso	en	es_ES
dc.subject	Lentes Intraoculares	es_ES
dc.subject	Lentes de contacto	es_ES
dc.subject	Diseños Multifocales	es_ES
dc.subject	Calidad optica	es_ES
dc.subject	Presbicia	es_ES
dc.title	Visual simulation of different optical designs	es_ES
dc.type	doctoral thesis	es_ES
dc.subject.unesco	UNESCO::FÍSICA	es_ES
dc.embargo.terms	1 year	es_ES