UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
INSTITUTO DE FÍSICA DE SÃO CARLOS
DIEGO LENCIONE
Desenvolvimento de sistemas ópticos e modelos radiométricos para otimização
sistêmica em retinógrafos de alta resolução
São Carlos
2013
Prepare-se para as provas
Estude fácil! Tem muito documento disponível na Docsity
Ganhe pontos para baixar
Ganhe pontos ajudando outros esrudantes ou compre um plano Premium
Guias e Dicas
Prepare-se para as provas
Estude fácil! Tem muito documento disponível na Docsity
Encontrar documentos
Prepare-se para as provas com trabalhos de outros alunos como você, aqui na Docsity
Pesquisar documentos Store
Os melhores documentos à venda: Trabalhos de alunos formados
Videoaulas
Prepare-se com as videoaulas e exercícios resolvidos criados a partir da grade da sua Universidade
Quiz
Responda perguntas de provas passadas e avalie sua preparação.
Ganhe pontos para baixar
Ganhe pontos ajudando outros esrudantes ou compre um plano Premium
Comunidade
Pergunte à comunidade
Peça ajuda à comunidade e tire suas dúvidas relacionadas ao estudo
Ranking universidades
Descubra as melhores universidades em seu país de acordo com os usuários da Docsity
Guias grátis
Os eBooks que salvam estudantes!
Baixe gratuitamente nossos guias de estudo, métodos para diminuir a ansiedade, dicas de TCC preparadas pelos professores da Docsity
Sistemas Ópticos e Modelos Radiométricos para Retinógrafos, Slides de Energia
Este documento discute o desenvolvimento de sistemas ópticos e modelos radiométricos para otimização sistêmica em retinógrafos de alta resolução. O texto aborda os desafios relacionados à iluminação uniforme, limitações impostas pelo olho, análise radiométrica crítica e otimização do sistema óptico e modelos radiométricos. Além disso, o documento discute as consequências positivas de utilizar sensores de imagem de menor resolução e a importância de eliminar retro-reflexões e polarizadores cruzados.
O que você vai aprender
- Quais são os principais desafios no desenvolvimento de retinógrafos de alta resolução?
- Qual é a importância de eliminar retro-reflexões e polarizadores cruzados em retinógrafos de alta resolução?
- Como a resolução espacial do sensor afeta o limite de resolução das imagens?
Tipologia: Slides
2022
1 / 163
Esta página não é visível na pré-visualização
Não perca as partes importantes!
Documentos relacionados
Pré-visualização parcial do texto
Baixe Sistemas Ópticos e Modelos Radiométricos para Retinógrafos e outras Slides em PDF para Energia, somente na Docsity!
UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
INSTITUTO DE FÍSICA DE SÃO CARLOS
DIEGO LENCIONE
Desenvolvimento de sistemas ópticos e modelos radiométricos para otimização
sistêmica em retinógrafos de alta resolução
São Carlos
DIEGO LENCIONE
“Desenvolvimento de sistemas ópticos e modelos radiométricos para otimização
sistêmica em retinógrafos de alta resolução”
Dissertação apresentada ao Programa de Pós-
Graduação em Física do Instituto de Física de
São Carlos da Universidade de São Paulo para
a obtenção do título de Mestre em Ciências.
Área de concentração: Física Aplicada
Orientador: Prof. Dr. Jarbas Caiado de Castro
Neto
Versão Corrigida
(Versão original disponível na Unidade que aloja o Programa)
São Carlos
AUTORIZO A REPRODUÇÃO E DIVULGAÇÃO TOTAL OU PARCIAL DESTE
TRABALHO, POR QUALQUER MEIO CONVENCIONAL OU ELETRÔNICO PARA
FINS DE ESTUDO E PESQUISA, DESDE QUE CITADA A FONTE.
Para meu irmão Welber, que me ampliou o sentido da visão.
RESUMO
LENCIONE, D. Desenvolvimento de sistemas ópticos e modelos radiométricos para
otimização sistêmica em retinógrafos de alta resolução. 2013. 153 p. Dissertação
(Mestrado em Ciências) - Instituto de Física de São Carlos, Universidade de São Paulo, São
Carlos, 2013.
O principal intento deste trabalho é demonstrar como a combinação de resultados de modelos
radiométricos e de análises do limite de resolução de imagens produzem impactos positivos
não apenas no projeto óptico de retinógrafos de alta resolução, mas que também geram
ferramentas que auxiliam na definição da arquitetura de todo o equipamento, considerando,
inclusive, os limites impostos por normas internacionais para a segurança do paciente em
relação a radiação emitida na realização dos exames. Particularmente ao projeto óptico, foram
desenvolvidos os sistemas de iluminação e imageamento da retina, onde se destacam duas
propostas de metodologias: a primeira para a implementação da técnica de eliminação das
bem conhecidas retro-reflexões geradas no conjunto óptico que é comum à iluminação e ao
imageamento da retina, e a segunda para a obtenção de soluções efetivas em sistemas
imageadores, que prima pela diminuição da sensibilidade dos componentes aos erros que são
introduzidos pelos processos de fabricação e montagem. Analisando os resultados obtidos
com o protótipo, foram validados os sistemas e modelos propostos, que se tornaram parte
integrante de um produto oftalmológico aprovado para a comercialização, o retinógrafo
Kiron.
Palavras chave: Sistemas ópticos. Retinografia. Radiometria. Eliminação de reflexos. Análise
de Tolerância.
ABSTRACT
LENCIONE, D. Development of optical systems and radiometric models to systemic
optimization in high resolution fundus cameras. 2013. 15 3 p. Dissertação (Mestrado em
Ciências) - Instituto de Física de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos, 2013.
The fundamental objective of this work is to demonstrate how radiometric models and
analysis of the limit of resolution can provide not only positive impacts to the optical project
of high resolution fundus cameras, but also creates tools to perform an optimization of all the
equipment, considering the limits imposed by international standards to ensure security to the
patient regarding the equipment radiation emission. In the optical project in particular, the
imaging and illuminating systems of the retina were developed, in which stands out two
proposed methodologies: first, to eliminate the well known retro-reflections in the common
optical assembly of the imaging and illuminating systems, and a second one that helps the
optical designer to find effective solutions in imaging systems, focused in the reduction of the
component sensitivity to the fabrication and assembly processes errors. Analyzing the results
from the prototypes the systems and the models proposed were validated, becoming integrant
part of an ophthalmic product approved for commercialization, the Kiron fundus camera.
Keywords: Optical systems. Fundus cameras. Radiometry. Reflex elimination. Tolerance
analysis.
Figura 24 - Ampliação de uma região de interesse de um exame FA. Imagem obtida com o equipamento desenvolvido neste trabalho. ....................................................................... 72 Figura 25 - Limitação para o limite de resolução das imagens pelos efeitos de difração da luz e resolução espacial do sensor. ............................................................................................ 73 Figura 26 - Layout óptico do modelo de olho Navarro-Escudero , utilizado nas simulações do limite de resolução. .......................................................................................................................... 75 Figura 27 - Diâmetro RMS dos spots e do disco de Airy que se formam na retina em função do diâmetro da pupila e do campo de visada, para o comprimento de onda de 528 nm. ....... 76 Figura 28 - Diâmetro RMS dos spots e do disco de Airy que se formam na retina em função do diâmetro da pupila e do campo de visada, considerando as aberrações cromáticas inseridas pelo olho no espectro visível (473, 528 e 626 nm ). ........................................... 77 Figura 29 - Limite de difração para a fração da energia enquadrada em um pixel de um sensor de imagem quadrado de 14.4 MP. ......................................................................................... 81 Figura 30 - Limite imposto pela difração para a MTF do sistema óptico paraxial até a frequência de Nyquist do sensor quadrado de 14.4 MP, com dimensão do pixel de 5.5 μm. .................. 81 Figura 31 - Limite imposto pela difração para a fração da energia enquadrada em um pixel em função da resolução total do sensor, nas condições de λ = 528 nm , FOV/2 = 22.5º e
. ........................................................................................................................ 84 Figura 32 - Razão em função da resolução total do sensor, nas condições de λ = 528 nm , FOV/2 = 22.5º e. ..................................................................... 84 Figura 33 - Aspecto de alguns tipos de sensores de imagem, máscaras utilizadas e a porcentagem de área útil de cada caso. ....................................................................................................... 86 Figura 34 - Layout óptico do imageamento da retina pela região interna e não iluminada do anel de iluminação. ........................................................................................................................ 92 Figura 35 - Comparativo de imagens capturadas de um mesmo olho por meio da remoção dos polarizadores cruzados. ..................................................................................................... 95 Figura 36 - Concepção óptica para a eliminação dos reflexos gerados no conjunto comum à iluminação e ao imageamento da retina. .............................................................................................. 96 Figura 37 - Implementação do controle dos reflexos gerados nas interfaces por meio de um projeto com multi-configurações, que estabelece os requisitos de simetria e mantém o imageamento da íris do paciente no espelho furado. ........................................................ 98 Figura 38 - Imageamento dos dois pontos absorvedores de luz em cada um dos planos simétricos do conjunto óptico que gera os reflexos............................................................................... 100 Figura 39 - Layout óptico não sequencial típico para a validação da técnica de eliminação das retro- reflexões. ........................................................................................................................... 101 Figura 40 - Detalhe do layout óptico da simulação não sequencial que monitora as retro-reflexões geradas nas interfaces côncavas dos singletos. .................................................................. 103
Figura 41 - Acima, padrão de irradiância incidente na retina e, abaixo, padrão de irradiância no sensor de imagem, validando a proposta de eliminação dos reflexos das interfaces côncavas dos singletos.............................................................................................................................. 104 Figura 42 - Detalhe do layout óptico da simulação não sequencial que monitora as retro-reflexões geradas nas interfaces convexas dos singletos. .................................................................. 105 Figura 43 - Padrão de irradiância na retina e no sensor de imagem na presença e na ausência do ponto absorvedor, validando a proposta de eliminação dos reflexos das interfaces convexa dos singletos.............................................................................................................................. 106 Figura 44 - Detalhe do layout óptico da simulação não sequencial que monitora as retro-reflexões geradas nas interfaces do tripleto. ...................................................................................... 107 Figura 45 - Padrão de irradiância na retina e no sensor de imagem na presença e na ausência do ponto absorvedor, validando a proposta de eliminação dos reflexos das interfaces do tripleto. .. 108 Figura 46 - Padrão de irradiância no sensor de imagem na ausência do ponto absorvedor que elimina as retro-reflexões geradas pelo tripleto e que atingem este plano, utilizando uma escala mais sensível à irradiância.................................................................................................. 109 Figura 47 - Retro-reflexões geradas no sensor de imagem em virtude do aumento da íris do equipamento. ...................................................................................................................... 110 Figura 48 - Layout óptico do conjunto de imageamento da retina. ...................................................... 113 Figura 49 - Critérios de desempenho óptico monitorados para o imageamento da retina de um olho emétrope. ............................................................................................................................ 120 Figura 50 - Pequena perturbação de uma interface óptica. .................................................................. 122 Figura 51 - Efeito da perturbação de uma interface ar / vidro na diferença de caminho óptico de um raio, em função do ângulo de incidência, índice de refração do vidro e magnitude da perturbação. ........................................................................................................................ 124 Figura 52 - Comparativo das irregularidades superficiais geradas com os operandos TIRR, superior, e TEXI, inferior, mantendo-se aproximadamente a mesma diferença Pico - Vale. .............. 131 Figura 53 - Típico padrão de irregularidades superficiais geradas pela DLL US_EAPeriodic, disponível na versão de setembro de 2010 do Zemax. ....................................................... 132 Figura 54 - Principais componentes e conjuntos do projeto opto-mecânico do equipamento. ............ 135 Figura 55 - Fotografia do protótipo do equipamento em sua fase de testes e de certificação. ............. 136 Figura 56 - Retinógrafo Kiron. ............................................................................................................. 137 Figura 57 - Demonstração de exames realizados pelo retinógrafo Kiron. ........................................... 144 Figura 58 - Imagem da retina com resolução a nível celular obtida pela técnica AOSLO, retirada da referência 31. ................................................................................................................... 145 Figura 59 - Geometria para determinação da área do sensor quando o raio da máscara excede a metade da dimensão vertical do sensor de imagem. .................................................................... 156
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Prevalência de cegueira e as suas principais causas em diferentes regiões do mundo........ 32 Tabela 2 - Distribuição de oftalmologistas nas regiões brasileiras. ....................................................... 32 Tabela 3 - Prospecção de crescimento do número de casos das principais doenças oftalmológicas e procedimentos cirúrgicos que atingem a população dos Estados Unidos da América até o ano de 2015. ....................................................................................................................... 34 Tabela 4 - Resumo das quantidades radiométricas fundamentais. ......................................................... 41 Tabela 5 - Parâmetros do CCD KAI-11002, Truesense. ........................................................................ 56 Tabela 6 - Parâmetros ópticos fixos nas análises de SNR e ............................................. 59 Tabela 7 – Dependência espectral da razão para as regiões da fóvea, perifóvea e nasal. ................................................................................................................................................................ 62 Tabela 8 - Comparação de resultados do limite de resolução efetiva e radiométricos para diversos tipos de sensores de imagem. ........................................................................................................ 89 Tabela 9 - Principais características do sistema óptico de imageamento da retina .............................. 113 Tabela 10 - Aberrações monocromáticas primárias da frente de onda baseadas nas somas de Seidel. 128 Tabela 11 - Tolerâncias dos substratos, fabricação óptica, mecânica e para o processo de montagem. .............................................................................................................................................................. 130 Tabela 12 - Resultados da análise de tolerância. .................................................................................. 134 Tabela 13 - Dados utilizados para a classificação óptica. .................................................................... 160 Tabela 14 - Resultados e limites estabelecidos para instrumentos do grupo 1, iluminação contínua.. 161 Tabela 15 - Resultados e limites estabelecidos para instrumentos do grupo 1, iluminação pulsada. ... 162 Tabela 16 - Resultados e limites estabelecidos para instrumentos do grupo 2, associação consecutiva de iluminação contínua e pulsada....................................................................................... 163