Ingeniería de la fase de la pupila para la mejora del diagnóstico ocular y de la calidad visual
Convocatoria: Retos y G. Conocimiento (programa Retos)
Duración del 01 de septiembre de 2021 al 31 de agosto de 2025 (47 meses) Finalizó
FINANCIACIÓN: 60.500,00 €
De ámbito nacional. Con carácter público. Se ha otorgado en régimen de concurrencia competitiva.
Programa: Retos de la Sociedad
RESUMEN:
Este proyecto parte del conocimiento adquirido, los resultados y las colaboraciones desarrolladas en nuestros últimos proyectos de investigación sobre la técnica de codificado de frente de ondas (CFO) y sus aplicaciones. En el anterior proyecto, de ciencia básica principalmente, hemos propuesto nuevos tipos de perfiles de fase que minimizan la propagación del ruido y de artefactos de reconstrucción manteniendo un nivel adecuado de resolución para el diseño de distintitos sistemas ópticos de formación de imagen. En lo que corresponde al diseño de la fase de componentes oftálmicos (lentes de contacto y/o intraoculares) para corrección de presbicia y/u otras ametropías hemos propuesto perfiles que son tolerantes al cambio de diámetro pupilar manteniendo la profundidad de campo deseada. A nivel aplicado, hemos adquirido las destrezas en montaje experimental y postprocesado de imágenes de sistemas ópticos basados en CFO que nos han permitido realizar en banco óptico un sistema de obtención de imágenes distorsionadas por turbulencias atmosféricas y otro por aberraciones oculares sin necesidad de sensores de frente de onda ni de óptica adaptativa. Además, hemos desarrollado la prueba de concepto de un sistema óptico que proporciona imágenes de un volumen de la zona de corocapilares de retina equivalentes a las imágenes en face proporcionadas por retinoscopios basados en OCT. Fruto del avance en estas líneas de investigación y la colaboración con la universidad de Arizona en la fabricación de las láminas de fase y con la Universidad de Tulancingo en el desarrollo de software de postprocesado, están surgiendo nuevos escenarios de aplicación de la técnica CFO de imágenes de retina en sistemas de adquisición de imágenes de fondo de ojo, así como y una nueva línea de investigación en procesado inteligente de imágenes retinianas. Esta línea de investigación supone a su vez el comienzo de la colaboración con el departamento de oftalmología del Hospital Clínico Universitario de Santiago (CHUS). En este proyecto nos centraremos en el control, via software y hardware, de la resolución, y la profundidad de la capa de retina que se quiere visualizar en retinógrafos basados en CFO. Es la tarea esencial y clave para la implementación en entorno clínico de aquellos que produzcan los resultados más prometedores, es decir, una buena relación resolución/portabilidad. También diseñaremos prototipos funcionales de componentes oftálmicos correctores de distintos tipos de ametropías de alto y bajo orden con el fin de transferir los resultados a la industria. Por último, incluimos como objetivo el desarrollo de software de detección de patologías retinianas para la facilitación de diagnósticos y control de la evolución de la patología. Esto supone el comienzo de una línea de investigación dentro del campo de la teleoftalmología. Nuestro objetivo es desarrollar software de procesado de imagen y de aquí aplicar algoritmos de aprendizaje para detectar, diagnosticar y analizar la evolución de distintas patologías retinianas. El software de ayuda en el diagnóstico de problemas retininanos en aparatos portátiles junto con la capacidad de intercambiar datos con especialistas permitirá llevar la atención ocular a centros de atención primaria y en servicios a domicilio, con las consiguientes ventajas en comodidad y reducción de gastos que supone.
AVANCES ANUALIDADE 2021
Durante esta anualidade completamos a análise do estado da arte ata ese momento. Adquiriuse material necesario para a realización de experimentos no laboratorio. O material empregouse para construír un sistema óptico utilizando un modulador de cristal líquido dispoñible para inducir a fase de wavefront coding desexada. O sistema experimental empregouse para avaliar a técnica de wavefront coding con fases creadas a partir de polinomios de Jacobi-Fourier. Así mesmo, optimizouse o algoritmo empregado en simulacións numéricas realizadas para avaliar as distintas fases xeradas a partir destes polinomios.
Tamén se comezou a montar un oftalmoscopio de baixo custo e alta resolución espacial mediante a modificación dun oftalmoscopio comercial ao que se lle incorporou unha lámina de fase baseada en polinomios de Jacobi-Fourier.
Na liña de investigación de procesado de imaxe, traballouse no desenvolvemento dun algoritmo para a mellora de imaxes degradadas por cataratas.
Esta anualidade produciu un proceeding relacionado coa técnica de wavefront coding aplicada a imaxes distorsionadas por aberracións cambiantes no tempo.
AVANCES ANUALIDADE 2022
Nesta anualidade conseguiuse demostrar a mellora na calidade da imaxe de fondo de ollo obtida en presenza de cataratas, grazas ao algoritmo desenvolvido por nós. Este traballo publicouse (DOI 10.3390/PHOTONICS9040251).
En canto aos avances na técnica de Wavefront Coding relacionados co uso de polinomios de Jacobi-Fourier para codificar o fronte de onda, continuouse traballando na optimización das simulacións e do proceso de restauración da imaxe intermedia, publicándose un artigo científico e realizándose unha contribución a un congreso internacional.
Neste ano iniciouse unha nova liña de investigación orientada ao desenvolvemento de lentes autoadherentes para corrección da présbicia, da cal resultou tamén unha contribución a un congreso internacional.
AVANCES ANUALIDADE 2023
Os traballos iniciados en anualidades anteriores ampliáronse, especialmente os relacionados coas simulacións numéricas que nos permiten comprender as vantaxes das láminas de fase construídas mediante polinomios de Jacobi-Fourier. Nesta liña tamén se avanzou no ámbito experimental mellorando o deseño do oftalmoscopio de baixo custo baseado en Wavefront Coding.
Tamén se ampliou o uso das láminas de Jacobi-Fourier para o deseño de elementos que poidan corrixir a présbicia. Do mesmo xeito que en Wavefront Coding é necesario un paso de posprocesado dixital para obter a imaxe de alta resolución, no sistema visual é o cerebro quen realiza unha especie de deconvolución mediante a función de transferencia neuronal, mellorando o contraste das imaxes retinianas. Os traballos nesta liña deron como resultado a publicación dun proceeding (10.1117/12.2677824) e dunha contribución a un congreso internacional.
Continuouse tamén co algoritmo de mellora de imaxe de fondo de ollo en presenza de cataratas. Estes traballos deron lugar a unha contribución a un congreso internacional e á creación dun programa informático de uso xeral, posto a disposición da sociedade na web do grupo (https://photonics4life.es/wp-content/uploads/2024/05/Cataract.deHaze.zip).
Na liña relacionada co desenvolvemento de lentes autoadherentes publicouse o primeiro artigo no que presentamos o método de fabricación e o análise óptico dos elementos fabricados.
AVANCES ANUALIDADE 2024
En 2024 continuouse co estudo da técnica de wavefront coding e coas melloras do algoritmo de procesado de imaxes de fondo de ollo degradadas por cataratas. Nesta anualidade conseguiuse fabricar un dos deseños de láminas de fase con polinomios de Jacobi-Fourier grazas á colaboración coa Universidade de Arizona (Dr. Daewook Kim) e coa división de I+D da empresa surcoreana Y&DK. Realizáronse experimentos empregando esta lámina tanto para Wavefront Coding de alta resolución como para a corrección de erros refractivos.
Os traballos desta anualidade e anteriores concretáronse en 2 artigos en revistas JCR, dous Proceedings de congresos SPIE e unha patente con extensión internacional PCT coa que pretendemos protexer o uso dos polinomios de Jacobi-Fourier para crear elementos que compensen a présbicia e outros erros refractivos.
AVANCES ANUALIDADE 2025
Nesta anualidade deuse por finalizado o proxecto, alcanzando todos os obxectivos marcados e incluso iniciando unha nova liña de investigación relacionada co desenvolvemento de lentes elastoméricas autoadherentes para uso visual. Durante esta anualidade construíuse o primeiro telescopio autoadherente para baixa visión, microscópios para baixa visión e lentes de penalización para corrección da ambliopía.
Enviáronse 3 contribucións a congresos internacionais. Nunha delas presentouse o primeiro deseño de lente intraocular de profundidade de foco estendida, que presenta unha dependencia reducida co tamaño pupilar e unha aberración cromática mínima.
CONCLUSIÓN FINAL
Durante os anos de duración do proxecto avanzouse significativamente no coñecemento da técnica de Wavefront Coding, desenvolveuse a idea de empregar o principio de codificación do fronte de onda (ou enmascaramento de aberracións) para corrixir erros refractivos, e púxose en marcha unha nova liña de investigación no ámbito das lentes elastoméricas autoadherentes para corrixir erros refractivos.
Os resultados do proxecto difundíronse á sociedade mediante publicacións científicas, participación en congresos, titorización de TFG e TFM e charlas en centros educativos.
