Applicazioni

ˆ Elevazione anteriore ˆ Elevazione posteriore ˆ Potere refrattivo anteriore ˆ Potere refrattivo posteriore ˆ Spessore corneale

ˆ Spessore epiteliale

ˆ Spessore camera anteriore

3.3 Applicazioni

La cornea è responsabile per circa l'80% del potere diottrico dell'occhio [1], di con- seguenza conoscere la morfologia corneale risulta fondamentale per lo studio della vista e per vari altri aspetti clinici. La sua forma ha un'estrema rilevanza nello studio della funzione visiva: la supercie diottrica costituita dalla faccia anteriore della cornea e rivestita dal lm lacrimale, presenta, infatti, il maggiore salto d'indice di rifrazione rispetto a tutti gli altri elementi del sistema diottrico oculare e piccole variazioni della sua forma producono grandi eetti sulla qualità ottica dell'intero sistema oculare [2]. Uno studio attento della morfologia corneale riesce a fornire informazioni dettagliate che consentono una diagnosi precoce di varie malattie cor- neali che inducono un cambiamento nella sua forma. Oltre a ciò, questo studio è utile anche in molte applicazioni cliniche, quali la pianicazione pre-operatoria o la valutazione del decorso post-operatorio, l'applicazione di lenti a contatto rigide oppure il calcolo per le lenti intraoculari.

Una macchina con queste caratteristiche consente di eettuare imaging e lma- ti di sezioni corneali, misure di camera anteriore a ni diagnostici (cornea ante- riore e posteriore, spessore corneale, spessore stromale) e follow-up topograco e tomograco che rendono possibili le seguenti applicazioni:

ˆ Diagnosi e screening del cheratocono ˆ Pianicazione chirurgia refrattiva ˆ Chirurgia della cataratta

CAPITOLO 3. LO STRUMENTO

3.3. APPLICAZIONI 31

ˆ Diagnosi del glaucoma

ˆ Progettazione di lenti a contatto ˆ Biometria del cristallino

ˆ Pupillograa

ˆ Analisi lm corneale Cheratocono

Il cheratocono è una malattia della cornea, distroa corneale progressiva non in- ammatoria, che generalmente colpisce entrambi gli occhi (96% dei casi) [12]. In gura 3.5 è possibile osservare un'immagine topograca della curvatura tangenziale anteriore di un occhio aetto da cheratocono realizzata con MS-39.

Figura 3.5: Mappa topograca della curvatura tangenziale anteriore di occhio aetto da cheratocono realizzata con MS-39.

Il problema insorge quando la cornea inizia ad assottigliarsi e a incurvarsi pro- gressivamente verso l'esterno. Avendo a disposizione un disco di Placido per la misura della supercie corneale anteriore e l'OCT per la misura della supercie cor- neale posteriore, la macchina è in grado di rilevare la morfologia della cornea e il suo spessore. Questi dati permettono al software di poter classicare l'occhio in esame come normale, a rischio cheratocono o già cheratoconico. É particolarmente impor- tante rilevare occhi a rischio di cheratocono per evitare di sottoporli a interventi di

CAPITOLO 3. LO STRUMENTO

3.3. APPLICAZIONI 32

chirurgia refrattiva che potrebbero danneggiare l'occhio ulteriormente. Inoltre, gli occhi individuati come a rischio cheratocono, possono essere sottoposti alla terapia oggi disponibile di consolidamento del tessuto corneale, il cross-linking, per impedire la progressione della patologia.

Glaucoma

I glaucomi sono un gruppo molto diversicato di malattie oculari, accomunate dalla presenza di un danno cronico e progressivo del nervo ottico, con alterazioni ca- ratteristiche dell'aspetto della sua testa, che si può osservare con esame del fondo oculare, e dello strato delle bre nervose retiniche. Il glaucoma è una malattia da non sottovalutare poiché può provocare lesioni non reversibili: se non diagnostica- to in tempo e se non curato a dovere potrebbe causare seri danni alla vista e, in alcuni casi, ipovisione e cecità. L'occhio al suo interno ha attivo un ciclo continuo di produzione e riassorbimento di umor acqueo. Quest'ultimo processo avviene a livello del trabecolato, porzione dell'occhio deputata appunto al deusso dell'umore acqueo dall'interno dell'occhio verso l'esterno. Se il trabecolato riduce la sua funzio- ne, rallentando il riassorbimento dell'acqua, si verica un aumento della pressione all'interno dell'occhio che può causare un danno al nervo ottico e, di conseguenza, portare allo sviluppo del glaucoma. Una delle cause può essere da ricercare in una camera ad angolo stretto [13]. Per questa ragione è particolarmente importante che lo strumento in esame misuri gli angoli irido-corneali in modo da controllare e così prevenire tale rischio.

Chirurgia refrattiva

La possibilità di misurare con grande accuratezza la supercie corneale anteriore rende lo strumento importante anche per la pianicazione di interventi di chirurgia refrattiva, atti a correggere i difetti di miopia, ipermetropia e astigmatismo. Infatti, i dati ottenuti dalle misure possono essere usati per la selezione del paziente e possono essere trasmessi ad un sistema di laser a eccimeri per l'ablazione del tessuto corneale in modo da progettare il prolo di tale intervento.

Cataratta

La cataratta è un processo di progressiva perdita di trasparenza del cristallino. Questo processo, legato a fenomeni di ossidazione delle proteine che lo costituiscono, è il risultato di un fenomeno biochimico che si verica con l'aumentare dell'età.

CAPITOLO 3. LO STRUMENTO

3.3. APPLICAZIONI 33

L'allungamento della vita media ha portato a un aumento del numero di casi, tanto che oggi l'intervento di asportazione della cataratta è uno dei più eseguiti in tutti gli ospedali del mondo [2]. Esso consiste nella rimozione del cristallino opaco e nell'impianto di una lente articiale. Al ne di garantire risultati soddisfacenti è necessario calcolare il potere della lente più adatta al paziente, in base alle sue esigenze e alla forma delle sue strutture oculari. Grazie a un modello tridimensionale del segmento anteriore dell'occhio, ricavabile grazie alle misure eseguibili con lo strumento, si può calcolare con elevata adabilità la lente intraoculare più adatta da impiantare. A dierenza di quello che accade per gran parte delle attuali procedure di calcolo, è possibile ottenere risultati soddisfacenti sia in occhi normali sia in occhi anomali, ad esempio quelli operati con chirurgia refrattiva.

Progettazione lenti a contatto rigide

Come ultimo campo applicativo dello strumento, possiamo annoverare la progetta- zione di lenti a contatto rigide. Ancora una volta la misura della supercie corneale anteriore consente di scegliere la migliore lente per l'occhio in esame tra quelle pre- senti in un catalogo contenente i valori nominali, oppure la progettazione di una lente personalizzata. Questo diventa molto importante nei casi di cornea patolo- gica, ad esempio per pazienti aetti da cheratocono o che sono stati sottoposti a trapianto di cornea.

Capitolo 4

Test ottici

I sistemi ottici possono presentare delle aberrazioni, che modicano il loro com- portamento ideale. Per questo motivo risulta importante conoscere quali sono le aberrazioni da cui è aetto un sistema ed è fondamentale saperle misurare. In questo capitolo sono descritte alcune delle principali aberrazioni che possono inte- ressare un sistema ottico e sono esposte alcune procedure di test eettuabili grazie all'interferometria, utilizzando un interferometro di Fizeau.

4.1 Aberrazioni di un sistema ottico

La forma più semplice di un sistema ottico può essere quello rappresentato da un diaframma, una lente convergente e uno schermo (come quello rappresentato in gura 4.1).

Figura 4.1: Schema di un sistema ottico composto da un diaframma, una lente convergente e uno schermo.

CAPITOLO 4. TEST OTTICI

4.1. ABERRAZIONI DI UN SISTEMA OTTICO 35

Il diaframma lascia passare il fascio di raggi luminosi, che per semplicità consi- deriamo paralleli, e la lente convergente li focalizza in un punto posto sullo schermo. Un sistema ottico ideale avrà il fuoco localizzato in un punto, in cui il fuoco si trova esattamente sullo schermo. In caso contrario ci troveremmo di fronte ad un sistema aberrato nel quale i raggi luminosi non sono focalizzati in un punto.

Consideriamo adesso il fronte d'onda. Questo può essere denito, data un'onda che si propaga nello spazio, come il luogo dei punti che vibrano concordemente in modo che, per ognuno di essi, lo spostamento dalla posizione di equilibrio assuma lo stesso valore in ogni istante [15]. Se si considera un sistema ottico non aberrato, la radia- zione verrà fatta convergere da esso in un punto situato sullo schermo e posizionato sull'asse ottico. Il fronte d'onda è rappresentato da una supercie sferica, con con- cavità rivolta verso lo schermo e il centro in corrispondenza del fuoco. Un sistema ottico privo di aberrazioni presenta quindi in ingresso all'obiettivo un fronte d'onda piano mentre, in uscita dal sistema ottico, esso è sferico. Se si passa a considerare un sistema aberrato, questo fornirà un fronte d'onda, la cui forma si discosta dalla calotta sferica ideale e la dierenza da questa esprime l'entità delle aberrazioni. La forma geometrica delle aberrazioni viene solitamente descritta mediante l'utilizzo dei polinomi di Zernike. Questi ci permettono di descrivere la geometria del fronte d'onda, in presenza di ogni aberrazione. I polinomi di Zernike verranno discussi in maniera più approfondita nel paragrafo 4.2. Vediamo adesso più in dettaglio le aberrazioni che potrebbero interessare il nostro sistema ottico.

Il defocus

Il defocus si ha anche in assenza di aberrazioni dell'obiettivo, quando questo non è posizionato alla distanza corretta dallo schermo. Il fuoco è rappresentato anche in questo caso da un punto che si trova sull'asse ottico, ma che non si trova sullo schermo. Parlando in termini di fronte d'onda, nel defocus il fronte d'onda è sempre rappresentato da una supercie sferica, ma con un raggio di curvatura dierente rispetto al fronte d'onda ottimale di riferimento [14].

L'astigmatismo

L'astigmatismo si presenta quando l'obiettivo ha una sezione torica. Sezionando un oggetto di forma torica si ottiene una calotta con la massima curvatura su un meridiano e curvatura minima sul meridiano perpendicolare. In base al meridiano su cui la radiazione luminosa incide si avrà di conseguenza un diverso potere re-

CAPITOLO 4. TEST OTTICI

4.1. ABERRAZIONI DI UN SISTEMA OTTICO 36

frattivo. Se si considera il meridiano a 90°, il più rinfrangente, la radiazione che vi incide focalizzerà su un segmento orizzontale perpendicolare all'asse ottico. Mentre quella che incide sul meridiano perpendicolare, meno rinfrangente, avrà il fuoco più indietro, su un segmento orizzontale sempre perpendicolare all'asse ottico [14]. In gura 4.2 sono osservabili questi due segmenti.

Figura 4.2: Segmenti di focalizzazione della radiazione incidente sul meridiano più curvo e su quello più piatto in un sistema ottico astigmatico.

La radiazione incidente su meridiani intermedi focalizzerà in uno spazio attorno all'asse ottico compreso fra questi due segmenti. Con un obiettivo astigmatico si ha quindi un meridiano più rifrangente ed uno meno rifrangente, perpendicolari tra di loro, mentre i meridiani intermedi avranno un potere refrattivo intermedio. Sulla supercie del fronte d'onda, ad ogni meridiano corrisponde un arco di circonferenza a diverso raggio di curvatura, tanto minore quanto maggiore è la rifrangenza. Il fronte d'onda globale sarà una supercie torica, distesa su queste linee sferiche. L'aberrazione sferica

La legge di Snell è quella che ci permette, conoscendo l'angolo di incidenza della radiazione su un mezzo e i mezzi che attraversa, di prevedere dove va a nire. Se si considera un raggio luminoso che attraversa una calotta sferica, come nel caso del diottro sferico, la legge per calcolare il potere del diottro è la seguente:

F = n2R n2− n1

(4.1) dove F rappresenta la distanza focale, quindi il potere del diottro, R il suo raggio di curvatura e n1 e n2sono gli indici di rifrazione rispettivamente del primo e del secon-

do mezzo. Il diottro sferico può presentare aberrazioni che si esplicano nel fatto che la radiazione non è focalizzata in un punto. Eseguendo punto per punto un'analisi di rifrazione, si determina che i raggi periferici possono focalizzare prima di quelli

CAPITOLO 4. TEST OTTICI

4.1. ABERRAZIONI DI UN SISTEMA OTTICO 37

parassiali, con conseguenza che il fuoco si disperde in un segmento. L'aberrazio- ne sferica è quindi provocata dal fatto che i raggi distanti dall'asse ottico vengono focalizzati ad una distanza diversa rispetto a quelli centrali [14]. Per convenzio- ne l'aberrazione sferica viene denita positiva quando i raggi periferici focalizzano prima di quelli parassiali, mentre nel caso contrario si parla di aberrazione sferica negativa. Questo tipo di aberrazione è rappresentata in gura 4.3

Figura 4.3: Immagine schematica di un sistema ottico aetto da aberrazione sferica positiva.

Con questa aberrazione il fronte d'onda che si viene a creare è rappresentato, non da una calotta sferica, ma da una supercie parabolica la cui curvatura va progressivamente diminuendo dal centro verso la periferia.

La coma

Il nome di questa aberrazione deriva dall'aspetto a cometa delle immagini che si ot- tengono a partire da sistemi ottici che presentano questo tipo di aberrazione. Questa si ottiene quando in un sistema il punto di maggiore curvatura non coincide con l'as- se ottico, ma è spostato in periferia. Si ottiene questo tipo di aberrazione quando si è in presenza di una supercie prolata, ma decentrata da un lato. A partire dal punto di massima curvatura si avrà una progressiva riduzione della curvatura verso la periferia, che però sarà più ripida da un lato rispetto all'altro [14]. Un'immagine schematica di ciò che avviene in presenza di un sistema aetto da questa aberrazione è visibile in gura 4.4.

Il fronte d'onda che si presenta in caso di una aberrazione di coma non è facile da descrivere. Si tratta di una calotta, sempre concava verso lo schermo, con una forma irregolare, che ha un punto di maggiore curvatura decentrato rispetto all'asse ottico.

CAPITOLO 4. TEST OTTICI