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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).

Keywords: Topografia da córnea; Ceratometria; Discos de Plácido

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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.

Keywords: Topografia da córnea; Técnicas de diagnóstico oftalmológico; Astigmatismo; Desenho de equipamento; Optometria; Retina; Processamento de imagem assistida por computador

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OBJETIVOS: Um dos instrumentos mais utilizados atualmente para o diagnóstico da córnea humana é o videoceratógrafo (VC). Os resultados do VC são impressos na tela do computador na forma de gráficos codificados por cor cujas linhas de contorno delimitam regiões de mesma curvatura. No entanto não há análise criteriosa na literatura dos benefícios de se utilizar diferentes métodos de visualização para estes mapas. MÉTODOS: Instrumento desenvolvido em nosso laboratório para topografia da córnea foi utilizado nos estudos e para coleta de dados in vivo. A córnea com ceratocone de paciente voluntário foi utilizada como fonte de dados de entrada para todos os métodos de visualização implementados. RESULTADOS: Vários tipos de mapas de visualização foram gerados. Os vários métodos de visualização foram comparados e constatou-se que para cada anomalia existem métodos que salientam os problemas e métodos que "escondem" estes mesmos defeitos. DISCUSSÃO: Os aspectos relacionados à visualização científica da córnea têm sido de pouca exploração tanto no Brasil quanto na literatura estrangeira. No entanto, com os resultados apresentados neste primeiro trabalho, acreditamos que seja de fundamental importância aumentar não somente o escopo destes estudos, mas também estendê-lo para outros instrumentos médicos. CONCLUSÃO: Os resultados obtidos neste trabalho evidenciam a importância de se fazer a escolha correta do método de visualização científica para este tipo de instrumento.

Keywords: Topografia de córnea; Ceratocone; Diagnóstico por computador; Processamento de imagem assistida por computador

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OBJETIVOS: A videoceratografia é tecnologia que vem sendo utilizada para análise da superfície da córnea desde meados dos anos 80. O objetivo deste trabalho é o desenvolvimento de diferentes técnicas para a detecção de bordas em imagens de Plácido e a comparação dos resultados obtidos em cada algoritmo, visando as conseqüências para o cálculo da curvatura axial. Métodos: Foram capturadas imagens de Plácido de 4 diferentes superfícies esféricas utilizando o equipamento Eyesys system 2000. Cada imagem foi salva no formato bitmap em disco rígido de um computador pessoal IBM PC. Seis algoritmos de processamento de imagem foram desenvolvidos utilizando técnicas documentadas na literatura. Os métodos considerados foram: (1) Derivada numérica de primeira ordem, (2) Derivada de Fourier de primeira ordem, (3) Derivada de Fourier de segunda ordem, (4) Filtro de Marr-Hildreth, (5) Filtro de Canny e (6) Laplaciano morfológico (morfologia matemática). Cada um dos algoritmos foi testado e analisado para imagens de Plácido. Resultados: As distâncias radiais do centro das imagens de Plácido às bordas obtidas por cada algoritmo foram comparadas com uma simulação computacional do sistema VK. A média do desvio padrão em pixels/milímetros/dioptria para todas as esferas para os métodos (1)-(6), respectivamente, foi: (1) 33,1695/0,7961/0,79, (2) 32,79/0,7870/0,7724, (3) 60,7150/1,4572/1,4192, (4)18,97/0,4553/0,4572, (5) 46,33/1,1119/1,0917, (6) 20,55/0,4932/0,48. Conclusão: Pesquisadores e oftalmologistas devem ficar atentos na escolha de equipamentos de videoceratografia e também quando comparar medidas de equipamentos diferentes, uma vez que podem ocorrer diferenças relacionadas ao método de processamento de imagens utilizado pelo fabricante. Demonstramos neste trabalho que o método de Marr-Hildreth é mais preciso que o método de Fourier ou métodos como derivada numérica.

Keywords: Topografia de córnea; Algoritmos; Córnea; Processamento de imagem assistida por computador

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OBJETIVO: Sensores de aberrações ópticas de simetria cartesiana são aceitos pela maioria da comunidade científica como um padrão (como o sensor de Hartmann-Shack (HS)) nos ramos da óptica e da oftalmologia. Neste trabalho foram desenvolvidos e testados três tipos de sensores com simetrias e/ou configurações diferentes e foram feitas comparações entre o sensor de Castro (SC) e o sensor HS na sua forma cilíndrica e cartesiana. MÉTODOS: Todos os sensores foram projetados e desenvolvidos em nosso laboratório no Instituto de Física de São Carlos - USP. O primeiro sensor é um sensor HS convencional, ou seja, no formato cartesiano; o segundo é um sensor HS cilíndrico e o terceiro é o SC. Para cada sensor foram realizados tanto cálculos teóricos como medidas práticas em um olho mecânico. O olho mecânico foi ajustado com 10 diferentes tipos de aberrações de desfocalização, de -5D a +5D, em passos de 1D. RESULTADOS: A precisão dos sensores foi analisada utilizando-se dois diferentes métodos: primeiramente um método totalmente teórico, gerando aberrações com diferentes coeficientes de Zernike e verificando qual a precisão de cada sensor ao calcular estes parâmetros a partir apenas das derivadas nas direções cartesianas e cilíndricas; segundo, foram realizadas medidas em um olho mecânico calibrado com estas mesmas aberrações. O resultados para o sensor HS cilíndrico, cartesiano e SC foram, respectivamente: erro quadrático médio para valores esfero-cilíndricos quando comparados com o auto-refrator para os três sensores foram 0,18D, 0,22D e 0,35D para esfera, 0,14D, 0,24D e 0,17D para cilindro, 34,36°, 35,16° e 26,36° para eixo; o erro quadrático médio para valores esfero-cilíndricos quando comparados a valores teóricos para os três sensores foram 0,11D, 0,29D e 0,46D para esfera, 0,15D, 0,28D e 0,17D para cilindro, 19,71°, 25,56° e 18,56° para eixo. CONCLUSÃO: Nossa conclusão principal é que os três tipos de sensores forneceram resultados semelhantes, no entanto há algumas diferenças. Os SC e HS de simetria cilíndrica permitem encontrar o eixo óptico com muito mais facilidade.

Keywords: Técnicas de diagnóstico oftalmológico; Erros de refração

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OBJETIVO: Lentes de contato gelatinosas com curvas-base esféricas têm sido usadas há anos. O cálculo do poder refrativo de lentes deste tipo é fácil, bastando utilizarmos a equação do fabricante de lentes para lentes espessas. No entanto, para projetos de lentes de contato personalizadas, não há ainda métodos confiáveis para medida das aberrações ópticas de ordem mais alta. Esse trabalho foi desenvolvido no laboratório do Centro de Ciências da Visão (Center for Visual Science) da Universidade de Rochester, Nova York, com aparelho óptico que permite realizar medidas precisas de aberrações de ordem baixa e alta de lentes de contato gelatinosas personalizadas. Este é um passo essencial na verificação e obtenção de lentes de contato personalizadas de qualidade, e o instrumento desenvolvido na Universidade de Rochester permite verificar a qualidade de fabricação destas lentes. MÉTODOS: Um aparelho óptico de bancada foi montado em laboratório. Este aparelho consiste de uma célula úmida onde as lentes de contato são depositadas. Consiste também de uma série de lentes e espelhos e um sensor de frente-de-onda de Hartmann-Shack. As lentes de contato personalizadas utilizadas neste projeto foram fabricadas pela empresa Bausch & Lomb. Das dezenas de lentes de contato mensuradas no aparelho, restringimos aqui a apresentar os resultados de uma lente personalizada para ceratocone. RESULTADOS: O erro quadrático médio (EQM) do instrumento foi de 0,04 micrômetro, sendo que o EQM das aberrações induzidas na lente está entre 4 e 6 micrômetros, ou seja, a precisão do aparelho está em torno de 1%. Este valor é mais do que suficiente para medidas precisas destes tipos de lentes de contato, algo até então inviável utilizando-se os sensores ou aparelhos convencionais de aberrometria. CONCLUSÃO: Com o instrumento desenvolvido neste trabalho foi possível realizar medidas precisas de aberrações de alta ordem. Esta tecnologia é importante para o desenvolvimento de novos métodos para correção de aberrações de pacientes que normalmente não podem passar por cirurgia refrativa e ao mesmo tempo estão insatisfeitos com os óculos de grau convencionais. Entre estes pacientes, podemos citar aqueles portadores de ceratocone ou que tenham sido submetidos ao transplante de córnea.

Keywords: Topografia da córnea; Lentes intra-oculares; Refração ocular; Lentes de contato hidrofilicas; Ceratocone

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O objetivo principal deste trabalho foi o desenvolvimento e a implementação de um algoritmo para simulação de cirurgias foto-refrativas. Sabe-se que os atuais " flying-spot" lasers para cirurgia refrativa disponíveis no mercado ainda contêm limitações na correção de algumas aberrações de ordem alta. No entanto, há muito pouca informação quantitativa sobre os erros envolvidos em função da complexidade das aberrações. Aplicando-se superfícies objetivo descritas por uma série de coeficientes de Zernike e o conceito matemático de convolução, várias ablações personalizadas foram simuladas para várias aberrações, desde baixa ordem (esfero-cilíndricas) até aberrações de décima ordem (como coma, aberração esférica, entre outras). Os resultados mostram que o perfil de ablação de cada pulso do laser assim como seu diâmetro são fatores críticos quando o objetivo é corrigir aberrações de alta ordem. Além disso, outras conclusões foram possíveis, como por exemplo a de que nem todas as aberrações de alta ordem induzem aos mesmos erros na ablação. Também foi possível verificar que a correção de aberrações de alta ordem nos termos radiais (como aberração esférica) é bem mais difícil do que naqueles termos contendo alta frequência angular (como trefoil).

Keywords: Erros de refração; Simulação por computador; Refração ocular; Calibragem; Algoritmos; Cirurgia assistida por computador

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A medida da visão é a base para o estudo e a padronização das ciências visuais. A medida da acuidade visual tem grande importância tanto para a pesquisa como para a prática clínica. Esta revisão bibliográfica (1) revê os conceitos fundamentais para compreender o sentido visual e as unidades de medida; (2) apresenta os limites fundamentais ao desempenho visual e os princípios das medidas da aberração ocular; e (3) discute métodos para medir e classificar a visão com novas tecnologias.

Keywords: Visão; Testes visuais; Acuidade visual; Óptica; Refração ocular; Percepção visual; Percepção de forma; Sensibilidades de contraste; Reconhecimento visual de modelos

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OBJETIVO: Desenvolver a instrumentação e o "software" para topografia de córnea de grande-ângulo usando o tradicional disco de Plácido. O objetivo é permitir o mapeamento de uma região maior da córnea para topógrafos de córnea que usem a técnica de Plácido, fazendo-se uma adaptação simples na mira. MÉTODOS: Utilizando o tradicional disco de Plácido de um topógrafo de córnea tradicional, 9 LEDs (Light Emitting Diodes) foram adaptados no anteparo cônico para que o paciente voluntário pudesse fixar o olhar em diferentes direções. Para cada direção imagens de Plácido foram digitalizadas e processadas para formar, por meio de algoritmo envolvendo elementos sofisticados de computação gráfica, um mapa tridimensional completo da córnea toda. RESULTADOS: Resultados apresentados neste trabalho mostram que uma região de até 100% maior pode ser mapeada usando esta técnica, permitindo que o clínico mapeie até próximo ao limbo da córnea. São apresentados aqui os resultados para uma superfície esférica de calibração e também para uma córnea in vivo com alto grau de astigmatismo, mostrando a curvatura e elevação. CONCLUSÃO: Acredita-se que esta nova técnica pode propiciar a melhoria de alguns processos, como por exemplo: adaptação de lentes de contato, algoritmos para ablações costumizadas para hipermetropia, entre outros.

Keywords: Topografia da córnea; Córnea; Córnea; Desenho de equipamento; Lentes de contato; Disco óptico; Astigmatismo; Erros de refração; Processamento de imagens assistida por computador; Algoritmos

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OBJETIVOS: Nosso principal objetivo neste trabalho foi de desenvolver e comparar duas técnicas diferentes para classificação de superfícies corneanas. Uma rede neural artificial alimentada adiante e análise descriminante foram as técnicas de classificação comparadas neste trabalho. MÉTODOS: As entradas para ambos os métodos de classificação foram os primeiros 15 coeficientes de Zernike para 80 córneas mensuradas anteriormente em um topógrafo Eyesys instalado no Departamento de Oftalmologia da Escola Paulista de Medicina - UNIFESP. A rede neural tem 5 saídas que foram associados aos cinco casos típicos contidos na base de dados: ceratocone, astigmatismo a favor da regra, astigmatismo contra a regra, formato "regular" ou "normal" e pós-PRK. RESULTADOS: Os resultados de ambos os métodos foram estatisticamente analisados em termos de precisão. Os resultados gerais para ambos os métodos de redes neurais e análise discriminante foram 94% e 84,8%, respectivamente. CONCLUSÃO: Embora tenha-se utilizado uma base de dados relativamente pequena, os resultados obtidos aqui indicam que os polinômios de Zernike podem ser um parâmetro de entrada para classificação de diferentes formatos de córnea, tanto para uso com redes neurais ou análise discriminante.

Keywords: Topografia da córnea; Análise estatística; Redes neurais (computação); Inteligência artificial; Análise discriminante

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OBJETIVOS: Desenvolver um sistema digital, com capacidade de induzir acomodação, para medida do diâmetro e formato da pupila para dez diferentes níveis de iluminação (LUX), variando do nível mesópico ao fotópico. MÉTODOS: Um sistema óptico para conjugar imagens da pupila iluminada por LED infravermelho e branco foi projetado e montado usando um capacete típico de oftalmoscópio e uma máscara típica de mergulhador como suporte e uma câmera CCD de alta resolução e sensibilidade. Algoritmos usando princípios de processamento de imagens foram implementados para leitura do arquivo de vídeo e a detecção automática do centro geométrico e diâmetro da pupila para cada quadro. RESULTADOS: Apresentamos dados preliminares deste sistema para um paciente voluntário. Os dados sobre posição horizontal (x), vertical (y) do centro geométrico e do diâmetro da pupila foram exportados para arquivos texto que podem ser impressos usando um programa convencional de planilha (Excel). O processo de acomodação é garantido por uma mira virtual (LED branco) localizada a 6 metros do olho do paciente e o nível de iluminação é precisamente controlado por uma placa eletrônica que alimenta o LED central que tem sua potência controlada pelo "software". CONCLUSÕES: Com o instrumento desenvolvido dados precisos da posição e tamanhos da pupila podem então ser obtidos estereoscopicamente (para ambas as pupilas e ao mesmo tempo) para qualquer paciente. Acreditamos que tal instrumento possa ser útil em algumas práticas oftálmicas onde as características geométricas da pupila sejam importantes.

Keywords: Pupilometria; Procedimentos cirúrgicos refrativos; Pupila; Tecnologia de equipamentos e provisões; Algoritmos; Sensibilidade de contraste; Estimulação luminosa

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OBJETIVOS: A possibilidade de prever e entender quais propriedades biomecânicas da córnea podem ser responsáveis pelo progresso ou estabilização do ceratocone pode ser uma importante ferramenta clínica e cirúrgica para o oftalmologista. Neste trabalho foi desenvolvido um modelo em elementos finitos da córnea, o qual prevê o surgimento de deformações semelhantes ao ceratocone e sua evolução baseado em propriedades biomecânicas do tecido corneano. MÉTODOS: As propriedades biomecânicas da córnea foram modeladas segundo dados disponíveis na literatura para olhos esquemáticos. Softwares comerciais foram usados para simular propriedades de superfície e material quando a córnea foi submetida a diferentes parâmetros locais de elasticidade. RESULTADOS: As simulações conduzidas aqui mostraram que, dependendo do formato inicial da córnea, mudanças nas propriedades locais do material para diferentes pressões intraoculares, induzem uma protuberância localizada e um aumento significativo de curvatura quando comparado ao restante da córnea. CONCLUSÕES: A técnica apresentada aqui permite o estudo mais preciso e quantitativo da natureza biomecânica do ceratocone. O modelo implementado demonstrou que mudanças locais de propriedades biomecânicas relacionais à elasticidade para uma mesma pressão intraocular, estão intrinsecamente relacionados ao surgimento e evolução de deformações que podem ter relação direta com o ceratocone.

Keywords: Córnea; Biomecânica; Topografia da córnea; Ceratocone; Erros de refração; Processamento de imagem assistida por computador; Pressão intraocular

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OBJETIVOS: Aplicação da técnica de contraste cromático em exames de fundo de olho com oftalmoscópios indiretos. Apresentamos neste trabalho testes preliminares de um novo sistema de iluminação para oftalmoscópios indiretos, elaborado a partir de técnicas de composição cromática, denominado Sistema de Iluminação Cromático, que permite a composição de cores de luz situadas dentro do espectro visível. A finalidade deste sistema é permitir o uso da técnica de cromaticidade, já estudada em outras áreas da medicina como odontologia e dermatologia, na visualização de fundo de olho em exames de oftalmoscopia indireta. MÉTODOS: Para desenvolvimento deste trabalho foi adquirido um oftalmoscópio comercial comum e de uso geral. O equipamento teve seu sistema de iluminação original de fábrica, composto de uma fonte de luz branca alógena e filtros verde e azul, substituído pelo novo sistema de iluminação cromático implementado neste projeto. RESULTADOS: Foram realizados testes preliminares em um olho mecânico que simula as mesmas características de um olho humano biológico in vivo. Os resultados confirmam a possibilidade de obter-se luz em diferenciados comprimentos de ondas através do uso de fontes de luz independentes nas cores vermelho, verde e azul, para uso em instrumentação oftálmica. Embora exames in vivo com pacientes que possuam doenças de retina ainda estejam em fase de testes em nosso laboratório no IFSC-USP & UNIFESP, os resultados preliminares obtidos aqui demonstram que a técnica de contraste cromático para exames de fundo de olho pode futuramente representar um diferencial na qualidade dos exames de oftalmoscopia indireta. CONCLUSÃO: Foi apresentado neste trabalho o desenvolvimento de um sistema de iluminação totalmente inovador para aplicação em oftalmoscopia. Através dos diferentes contrastes e brilhos nas imagens de fundo de olho proporcionados pelas diferentes cores do sistema de iluminação cromático, acreditamos que em uma próxima etapa possamos verificar as vantagens e/ou desvantagem desta técnica no diagnóstico de diferentes patologias da retina.

Keywords: Oftalmoscopia; Técnicas de diagnóstico oftalmológico; Fluorescência; Fundo de olho; Oftalmoscópios; Equipamentos e provisões; Ophthalmoscopy

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OBJETIVO: Desenvolver simulação computadorizada de ablação para produzir lentes de contato personalizadas a fim de corrigir aberrações de alta ordem. MÉTODOS: Usando dados reais de um paciente com ceratocone, mensurados em um aberrômetro ("wavefront") com sensor Hartmann-Shack, foram determinados as espessuras de lentes de contato que compensam essas aberrações assim como os números de pulsos necessários para fazer ablação as lentes especificamente para este paciente. RESULTADOS: Os mapas de correção são apresentados e os números dos pulsos foram calculados, usando feixes com a largura de 0,5 mm e profundidade de ablação de 0,3 µm. CONCLUSÕES: Os resultados simulados foram promissores, mas ainda precisam ser aprimorados para que o sistema de ablação "real" possa alcançar a precisão desejada.

Keywords: Algoritmos; Simulação por computador; Córnea; Ceratocone; Ceratectomia fotorrefrativa; Lentes de contato hidrofílicas; Modelos teóricos; Procedimentos cirúrgicos refrativos; Aumento da imagem; Interpretação de imagem assistida por computador

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OBJETIVO: Desenvolver um método e um dispositivo para quantificar a visão em candela (cd). Os estudos de medida da visão são importantes para todas as ciências visuais. MÉTODOS: É um estudo teórico e experimental. Foram descritos os detalhes do método psicofísico e da calibração do dispositivo. Foram realizados testes preliminares em voluntários. RESULTADOS: É um teste psicofísico simples e com resultado expresso em unidades do sistema internacional de medidas. Com a descrição técnica será possível reproduzir o experimento em outros centros de pesquisa. CONCLUSÃO: Os resultados aferidos em intensidade luminosa (cd) são uma opção para estudo visual. Esses resultados possibilitarão extrapolar medidas para modelos matemáticos e para simular efeitos individuais com dados aberrométricos.

Keywords: Testes visuais; Acuidade visual; Percepção visual; Percepção de forma; Reconhecimento visual de modelos; Sistema internacional de unidades; Modelos teóricos; Psicofísica; Estimulação luminosa