Doctorado en Física · 2026

Diseño de un aberrómetro multiexcéntrico para el estudio de aberraciones oculares periféricas

Resumen

El estudio de las aberraciones ópticas periféricas ha adquirido un papel central en la investigación contemporánea sobre el desarrollo refractivo del ojo humano y del desempeño general del sistema visual. Diversos trabajos han sugerido que factores ópticos extrafoveales podrían influir en la aparición y progresión de la miopía, particularmente a través del desenfoque periférico y la distribución no uniforme de aberraciones monocromáticas fuera del eje visual. No obstante, la literatura científica presenta resultados contradictorios: mientras algunos estudios encuentran correlaciones entre las características ópticas periféricas y el crecimiento axial ocular, otros no identifican ninguna relación significativa. Esta falta de consenso se puede atribuir, en gran medida, a limitaciones metodológicas, entre ellas la utilización de dispositivos que solo permiten realizar mediciones secuenciales de las aberraciones ópticas en diferentes posiciones sobre la retina, la dependencia de geometrías pupilares cambiantes con la excentricidad y, especialmente, la ausencia de instrumentos capaces de evaluar simultáneamente múltiples regiones de la retina bajo condiciones comparables. En este contexto, surge la necesidad de desarrollar herramientas teóricas y experimentales que permitan estudiar de manera más rigurosa y objetiva la óptica periférica del ojo. Este trabajo responde a dicha necesidad mediante el análisis, formulación y simulación de un aberrómetro multiexcéntrico basado en un sensor de frente de onda Hartmann-Shack modificado, concebido para cuantificar de forma simultánea nueve frentes de onda distribuidos entre la fóvea y la periferia (~20°). Este enfoque multiexcéntrico busca superar las limitaciones de los métodos tradicionales, proporcionando una visión más completa de la variabilidad espacial de las aberraciones oculares. Se desarrolla un modelo óptico-computacional que incorpora una rejilla de difracción bidimensional para generar un patrón multiexcéntrico de iluminación retiniana, permitiendo estudiar fenómenos como la distribución energética entre órdenes de difracción, el rango dinámico del sistema propuesto, su sensibilidad angular y los efectos del speckle en condiciones controladas. Mediante simulaciones detalladas se analizan diferentes configuraciones ópticas y parámetros de iluminación, caracterizando la viabilidad y limitaciones del enfoque multiexcéntrico. Asimismo, se desarrolla un conjunto de herramientas de procesamiento de datos que incluye algoritmos tradicionales de reconstrucción de frentes de onda, un método segmentado para análisis independiente de las regiones excéntricas, y modelos basados en aprendizaje profundo empleando una red neuronal convolucional ResNet SE entrenada para la predicción directa de coeficientes de Zernike. En conjunto con estas metodologías, también se adapta y prueba el algoritmo no rígido Demon como un mecanismo complementario para la estimación robusta de campos de desplazamiento, buscando alternativas a la reconstrucción del frente de onda en patrones de Hartmann-Shack sometidos a ruido, speckle o deformaciones locales propias de la naturaleza multiexcéntrica. Complementariamente, se construye un banco óptico experimental mediante un simulador visual monocular dotado con óptica activa, empleado para obtener imágenes reales de Hartmann-Shack bajo diferentes excentricidades individuales. Este banco de prueba permite validar, contrastar y ampliar los resultados de las simulaciones, proporcionando datos experimentales para evaluar el impacto del ruido, el speckle y las variaciones en la reconstrucción del frente de onda de imágenes de Hartmann-Shack multiexcéntricas. Los resultados demuestran que los métodos de procesamiento desarrollados permiten identificar de manera individual y robusta las aberraciones correspondientes a cada punto de medición, alcanzando precisiones comparables o superiores a las técnicas secuenciales tradicionales. Las simulaciones confirman la viabilidad del enfoque multiexcéntrico y resaltan las ventajas del procesamiento simultáneo para la cuantificación de aberraciones periféricas. Este trabajo representa un avance significativo al proporcionar un marco teórico, computacional y metodológico para el estudio multiexcéntrico de aberraciones oculares. Sus resultados abren la puerta a futuras fases experimentales y aplicaciones clínicas orientadas al análisis del papel de la óptica periférica en el desarrollo refractivo, incluyendo estrategias de control de la miopía y la evaluación de dispositivos ópticos que modifican el perfil refractivo periférico.