Research on Biomedical Engineering
https://rbejournal.org/article/5889fb735d01231a018b462e
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A Simple mathematical model for simulation of the human optical system based on in vivo corneal data

A Simple mathematical model for simulation of the human optical system based on in vivo corneal data

Carvalho, Luis Alberto

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Resumen

Sabe-se que a córnea contribui com aproximadamente 2/3 do poder total de refração do olho. No entanto, há pouca informação a respeito de sua contribuição para as aberrações ópticas nas ima gens formadas na retina. A maioria dos equipamentos para aná lise da cornea (Topógrafos de Córnea e Ceratógrafos) mede so mente o poder dióptrico (proporcional à curvatura) e forma tri dimensional da córnea, mas não calculam e nem estimam a con tribuição individual da córnea para a qualidade visual do olho. Por outro lado, auto-refratores e instrumentos ditos "wave-front" medem o poder de refração do olho como um todo, não indicando contribuições individuais de cada componente. Neste projeto de senvolvemos algoritmos que lêem arquivos de elevação da córnea provenientes de um topógrafo de córnea desenvolvido no Brasil e utilizam estes dados para realizar o traçado de raios até a retina. Parâmetros comumente utilizados em desenho óptico (como, por exemplo, a Função de Espalhamento Pontual, ou "Point Spread Function" do inglês) foram implementados para analisar quantitativamente a qualidade óptica da imagem formada na retina para topografias de córneas obtidas in vivo, juntamente com a impressão de seus respectivos mapas topográficos.

Palabras clave

Acuidade visual, Topografia de córnea, Traçado de raio.

Abstract

It is well known that the cornea contributes to approximately 2/3 of the total refraction of the eye. Nevertheless, there is very few knowledge of its contribution to the optical aberrations of the images formed at the retina. Most corneal diagnostic equipments (Corneal Topographers and Keratometers) measure only its dioptric power (proportional to curvature) and shape, but do not calculate or estimate the corneal contribution to the quality of image formation at the retina. On the other hand, auto-refractors and wave-front devices measure the optical aberrations of the eye as a single optical "device", and therefore do not indicate individual contributions. We have developed algorithms that read elevation data from a Brazilian corneal topographer and use these data and ray-tracing algorithms to estimate the image quality formed at the retina. Conventional optical design test functions such as the Point Spread Function (PSF) and longitudinal shift in focus position, together with the two-dimensional curvature maps obtained from corneal topography of in vivo corneas, are plotted and used to analyze retinal image quality.

Keywords

Corneal topography, Ray-tracing, Visual acuity
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Res. Biomed. Eng.

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