Neste projeto estamos desenvolvendo instrumento para medidas das aberrações de frente de onda do olho humano usando um sensor Hartmann-Shack. Uma fonte de luz laser é direcionada ao olho e sua reflexão difusa na retina gera frente de onda aproximadamente esférica dentro do olho. Esta frente de onda atravessa os diferentes componentes do olho (humor vítreo, lente, humor aquoso e córnea) trazendo informações sobre as aberrações ópticas causadas por estes componentes. No meio externo ao olho existe sistema óptico formado por uma matriz de microlentes e uma câmera CCD. A frente de onda incide nesta matriz e forma um padrão aproximadamente matricial de "spots" no plano do CCD. Algoritmos de processamento de imagens são utilizados para detectar os centróides de cada "spot" e esta informação é utilizada para deduzir a forma da frente de onda usando métodos de aproximação por mínimos quadrados e polinômios de Zernike. Descrevemos aqui detalhes da primeira fase deste projeto, em que foi realizada a construção da primeira geração de instrumentos protótipos e testes preliminares em olho artificial, calibrado com diferentes ametropias, i. e., miopia, hipermetropia e astigmatismo.

In this project we are developing an instrument for measuring the wave-front aberrations of the human eye using the Hartmann-Shack sensor. A laser source is directed towards the eye and its diffuse reflection at the retina generates an approximately spherical wave-front inside the eye. This wave-front travels through the different components of the eye (vitreous humor, lens, aqueous humor, and cornea) and then leaves the eye carrying information about the aberrations caused by these components. Outside the eye there is an optical system composed of an array of microlenses and a CCD camera. The wave-front hits the microlens array and forms a pattern of spots at the CCD plane. Image processing algorithms detect the center of mass of each spot and this information is used to calculate the exact wave-front surface using least squares approximation by Zernike polynomials. We describe here the details of the first phase of this project, i. e., the construction of the first generation of prototype instruments and preliminary results for an artificial eye calibrated with different ametropias, i. e., myopia, hyperopia and astigmatism.

Objetivo: Os autores desenvolveram um videoceratógrafo para uso durante a cirurgia. Uma região central da córnea de aproximadamente 7,00 mm de diâmetro pode ser analisada, fornecendo informação ao cirurgião sobre poder dióptrico e astigmatismo. Métodos: O sistema é baseado em discos de Plácido em forma cônica, iluminados por uma fonte de luz construída com fibras ópticas. O cone é acoplado à lente objetiva de um microscópio padrão Zeiss. Uma placa de captura é instalada num microcomputador IBM compatível e imagens de Plácido são digitalizadas numa resolução de 640x480 pontos. Processamento digital das imagens é utilizado para detecção dos discos de Plácido. Resultados: Curvas de calibração baseadas em 4 esferas foram geradas e aproximadamente 3600 valores de poder dióptrico são computados para cada exame. Exames preliminares em 10 córneas sadias foram comparados com exames nos mesmos olhos feitos num Videoceratógrafo Eyesys System 2000. O desvio médio padrão foi de 0,05 mm para o raio de curvatura, 0,24 dioptrias para o poder e 5 graus para o cilindro. Conclusões: Este videoceratoscópio cirúrgico poderá ser utilizado para reduzir o astigmatismo residual em procedimentos convencionais de catarata e ceratoplastia. Poderá também ser utilizado para colher dados imediatamente anteriores às em cirurgias refrativas (PRK e LASIK).

Purpose: We have developed an instrument for computerized surgical videokeratography. A corneal central region of approximately 7.00 mm in diameter may be analyzed, providing the surgeon with information of the power and the astigmatism. Methods: The system is based on a fiber optic Placido disc projecting cone, which is attached to the objective lens of a Zeiss compatible surgical microscope. At the beam splitter we installed a monochromatic high resolution camera. A frame grabber is installed on a PC and images are digitized at a 480x640 resolution. Image processing is used for edge detection of rings. Results: Calibrating curves based on 4 spherical surfaces were generated and approximately 3600 points are calculated for each examination. Preliminary measurements on 10 healthy corneas were compared with those of an EyeSys System 2000 Corneal Topographer. Mean deviation was 0.05 for radius of curvature, 0.24 D for the power and 5.0 degrees for the cylinder. Conclusions: This surgical VKS, with some hardware and software improvements, may be used to reduce residual astigmatisms in conventional cataract and keratoplasty. It could also be used to gather preoperative data in corneal topography assisted LASIK.