Retinoscopía, prueba de Foucault y refracción láser speckle, distintas pruebas con un principio óptico equivalente

Dr. Emiliano Terán Bobadilla

Profesor e Investigador de la Universidad Autónoma de Sinaloa Miembro del Sistema Nacional de Investigadores (SNI) Miembro del Comité Asesores para América Latina de VOSH/International Miembro del Comité de Salud Pública de la Asociación Latinoamericana de Optometría y Óptica

Foto: Bigstock utilizada sólo con fines ilustrativos.

a retinoscopía es una técnica ampliamente usada en optometría y oftalmología para determinar el estado refractivo del ojo humano. Mediante el uso del retinoscopio los optometristas pueden determinar el error refractivo (miopía, hipermetropía y/o astigmatismo) y la corrección óptica necesaria para cada paciente. Sin embargo, es posible que los principios ópticos que permiten identificar estas condiciones visuales no sean tan familiares para los examinadores. Es importante resaltar que también es posible determinar el estado refractivo aplicando el mismo principio óptico que se emplea en la retinoscopía con otras técnicas similares.1

La retinoscopía, la prueba de la navaja Foucault y la refracción láser speckle emplean el mismo principio óptico para determinar el estado refractivo de los ojos.2, 3 El principio consiste en observar los movimientos aparentes de la luz sobre la retina al pasar a través de las estructuras oculares del ojo, lo cual es comparado con un ojo sin errores refractivos (emétrope). En el caso de la retinoscopía, el movimiento relativo del reflejo de una barra vertical en la retina contra el movimiento de la mano permite determinar si el ojo es miope (movimiento en contra), hipermétrope (movimiento a favor) o emétrope (no hay movimiento).

La prueba de la navaja de Foucault sigue el mismo principio. La idea es observar los cambios de una mancha al pasar por el borde de la navaja. En caso de remover la navaja se observará un disco circular bien definido y con la navaja entre la fuente y la pantalla observaremos un disco con una zona clara y otra oscura. Por ejemplo, fuera del foco, la navaja y la sombra observada se mueven en direcciones opuestas. Dentro del foco, la navaja y la sombra observada se mueven en la misma dirección. En el foco no se observa movimiento de la sombra.

Por último, la técnica de láser speckle utiliza una mancha sobre una superficie plana y el movimiento de la cabeza del paciente para determinar el estado refractivo de los ojos. Semejante a la retinoscopía, si el ojo es miope el movimiento es en contra entre la cabeza y la mancha; hipermétrope, el movimiento es a favor; o emétrope donde no hay movimiento.

Describiremos a continuación los principios basados en la óptica geométrica que explican cómo funcionan la retinoscopía, la prueba de la navaja de Foucault y la refracción usando láser speckle. Esta última es una técnica con un gran potencial para implementarse en campañas visuales –nosotros la estamos desarrollando en nuestro laboratorio de Ciencias de la Visión de la Universidad Autónoma de Sinaloa (UAS)– en las que es difícil contar con una infraestructura más sofisticada.

Óptica del retinoscopio

El retinoscopio es un instrumento básicamente compuesto por una fuente de luz ubicada en el mango que es colimada por un sistema de lentes y pasa a través de un divisor de haz para proyectarse sobre la retina del ojo del paciente, así, el observador (o examinador) verá una imagen desenfocada de la fuente (ver Figura 1). Esta imagen es una barra (filamento de la fuente de luz) que ayuda a la posterior evaluación del estado refractivo del ojo del paciente. La barra proyectada en la retina actúa como una fuente de luz secundaria que al pasar a través de las estructuras oculares presentará diferente comportamiento, dependiendo del poder dióptrico del ojo. En retinoscopía, el patrón generado por la fuente secundaria (barra) es llamada “reflejo”. Al girar levemente el retinoscopio (vertical u horizontalmente) se produce un movimiento del reflejo que cambiará su posición dependiendo del estado refractivo del ojo, si el movimiento es en contra, el ojo es miope; si es a favor, es hipermétrope; o bien, si no hay movimiento, es emétrope.

Figura 1. Esquema de los elementos que componen un retinoscopio. Se representa la fuente de luz, P la pupila del retinoscopio. Imagen basada en la Fig. 3 de Furlan et al 2002.3

Desde el punto de vista de la óptica, un tema que abordo a detalle en el curso de ‘Óptica Geométrica’ que tengo el gusto de impartir en el programa de optometría de la UAS desde hace cerca de 10 años, el retinoscopio nos permite establecer un sistema óptico formado por el ojo del paciente y del examinador. La gran ventaja de este sistema es que podemos evaluar visualmente los problemas refractivos del ojo del paciente. Lo anterior suponiendo que el ojo del examinador está corregido, es decir, que no presenta errores refractivos. Cabe mencionar que el efecto del estado refractivo del examinador no influye en la evaluación a menos que sea mayor de -35.00 D.1 El sistema óptico está compuesto por un objeto (filamento de la lámpara), un sistema compuesto de lentes (el ojo del paciente), y una imagen (reflejo de la retina). Por lo tanto, la posición de la imagen va a depender de las propiedades ópticas de las estructuras oculares del paciente. Esto significa que la imagen estará desenfocada en un ojo con errores refractivos y en foco para un ojo emétrope.

Un ojo emétrope (sin errores refractivos) enfocará los objetos distantes (del infinito óptico) en la superficie de la retina. En este escenario la posición de la imagen del sistema óptico es invariante al movimiento del objeto,

que es el reflejo del filamento de la lámpara en la retina. Sin embargo, cuando el ojo presenta un error refractivo se rompe esta invarianza, así, la posición del reflejo (a favor o en contra) revelará el tipo de error refractivo del ojo del paciente.

Recordemos que la capacidad del ojo de enfocar los objetos externos en la retina de manera adecuada (poder dióptrico) está compuesta principalmente por una combinación no lineal del poder del cristalino, el poder de la córnea y la distancia axial (longitud del extremo exterior de la córnea al fondo del ojo). Entre estos parámetros la distancia axial tiene el mayor efecto en el estado refractivo, aunque también una perturbación de los otros influye de manera negativa en este valor. Incluso, es posible demostrar que el contraste de índice de refracción de las estructuras oculares (córnea y aire) tiene un efecto notable, aunque difícilmente presentará variaciones. Por lo tanto, para corregir el error refractivo es necesario modificar el poder dióptrico del ojo del paciente. Una forma no invasiva de hacerlo es colocar frente al ojo del paciente una lente oftálmica.

El error refractivo del ojo del paciente puede ser compensado usando una lente externa con un poder dióptrico apropiado. Naturalmente, la lente usada para corregir el error refractivo puede ser también una lente de contacto. Por lo tanto, la lente adecuada anulará los movimientos relativos del retinoscopio. Así, la técnica de retinoscopía emplea distintas combinaciones de lentes externas para identificar el error refractivo de los ojos, de forma que la combinación de lentes que anula el movimiento (poder dióptrico) corresponde al error refractivo del paciente. Las lentes usadas por lo optometristas (u oftalmólogos) pueden ser las que se encuentran en una regla esquiascópica, cajas de pruebas o foróptero, entre otros. El propósito de estas lentes es neutralizar (bloquear) el movimiento de los reflejos de la retina con la combinación de lentes adecuadas.

Principio óptico

El principio seguido por el retinoscopio está basado en el movimiento relativo de la luz que pasa a través de un elemento óptico con aberraciones (ojo miope) con respecto a un sistema similar sin aberraciones (ojo emétrope). Por ejemplo, el retinoscopio compara el movimiento (a favor o en contra) del reflejo de la luz en la retina contra la falta de movimiento en un ojo emétrope.

Veamos con un poco más de detalle este fenómeno, el cual usaremos para entender el funcionamiento de otras pruebas visuales. Imaginemos un sistema óptico compuesto por un objeto (imagen del filamento de la lámpara), una lente (ojos del paciente y del examinador) y un plano imagen (retina del examinador), como lo vimos anteriormente. Deben recordar de sus cursos de óptica geométrica de la universidad, que la posición de la imagen proyectada depende de las conjugadas (distancia objeto y distancia imagen). La distancia objeto es la longitud del objeto a la lente y la distancia imagen desde la lente al plano imagen.

En este caso, la distancia objeto es fija (longitud del humor vítreo), mientras que la distancia imagen es en función del poder dióptrico del ojo del paciente. De acuerdo con la relación de vergencia, podemos calcular la distancia de la imagen a través del poder de la lente y la vergencia del objeto. O bien, la relación de vergencia establece que la vergencia imagen (Li) es igual a la suma de la vergencia objeto (Lo) y el poder de la lente (P). La posición de la imagen con respecto al eje óptico puede ser escrita como y =Lo /Li. Con el fin de comparar el cambio relativo de la posición de la imagen del sistema con aberraciones contra el sistema libre de aberraciones, podemos tomar el cociente entre las alturas de la imagen en cada caso. Por lo tanto, un ojo sin errores refractivos presentará una vergencia imagen equivalente a la de un ojo emétrope, de forma que la posición del reflejo no cambiará. Sin embargo, un ojo con errores refractivos tendrá una vergencia imagen diferente, que resultará en un cambio en la posición del reflejo.

La retinoscopía es una técnica muy eficaz que permite conocer los errores refractivos objetivamente, sin embargo, hay otras técnicas que pueden darnos información valiosa respecto a los ojos del paciente.

La prueba de la navaja de Foucault

La prueba de la navaja de Foucault permite evaluar algunas aberraciones ópticas importantes del ojo humano, como el astigmatismo.3

OPTOMETRÍA

La prueba debe su nombre a Jean Bernard Léon Foucault, un físico francés del siglo XIX. Originalmente esta prueba fue diseñada para evaluar las deformaciones de la curvatura de espejos, pero ahora tiene una interesante aplicación en las ciencias de la visión.

La prueba consiste en observar los cambios en el patrón que forma el sistema óptico después de pasar por el borde de una navaja. La navaja se ubica entre el sistema óptico y el observador. La posición de la navaja determina la forma de la mancha. Por ejemplo, una mancha circular con una mitad brillante y otra clara con un borde bien definido entre ellas indica que el sistema óptico está libre de aberraciones y que se encuentra en foco. Cambios en la forma de esta configuración indican la presencia de una aberración óptica esférica, aberraciones cromáticas u otras.

Figura 2. Prueba de la navaja de Foucault. El punto S denota la posición del sistema estudiado y S’ la de su imagen. El punto P representa la posición de la fuente de luz. Imagen basada en la Fig. 2 de Hallak 1976.1

En la prueba de Foucault un haz de luz colimada ilumina una lente (o sistema óptico) que enfoca la luz a una distancia de la lente (en un punto focal), ver Figura 2. Entre el observador y la lente se coloca una navaja (o superficie con un borde bien definido). Un observador frente a la lente verá una mancha circular que puede cambiar su tamaño y forma en función de muchos factores, como la posición de la navaja y el punto focal, el movimiento de la navaja horizontal (axial) o vertical (transversal), o las aberraciones ópticas de la lente.

La relación entre la forma de la mancha y las aberraciones del sistema óptico fue analizada con detalle en el célebre libro Optical Shop Testing del Dr. Malacara,4 donde se presentó un interesante análisis geométrico de la forma de la mancha proyectada por el sistema óptico y sus aberraciones. Veamos enseguida una descripción general de estas superficies, ya que una explicación más detallada está fuera del alcance de este texto. Los errores de foco (en un sistema libre de aberraciones) son presentados como soluciones a una ecuación cuadrática, que se manifiestan como cambios en posición de la sombra con un borde bien definido, si la navaja es colocada atrás del punto focal y se desplaza transversalmente, la región oscura se moverá en la dirección opuesta al borde, pero si la navaja es colocada en frente del punto focal, la región oscura se moverá en la misma dirección del borde de la navaja.

Finalmente, si la navaja se coloca en el punto focal y se mueve transversalmente, el patrón cambiará súbitamente de brillante a oscuro sin ningún movimiento aparente. Los errores esféricos primarios y de foco son presentados como soluciones de una ecuación cúbica, que presentará como cambios en la curvatura del borde entre la zona brillante y oscura comparados con una línea recta, además de dos regiones con oscuras. En el caso de coma y error de foco, la superficie proyectada tiene dos tipos de soluciones cuadráticas, una que se presentará como una superficie elíptica y otra como hipérbolas. En el caso de astigmatismo, la imagen proyectada por el sistema será una línea con pendiente, que va a cambiar en función de la posición de la navaja (vertical u horizontal), de manera similar que el retinoscopio.

La técnica de la navaja de Foucault tiene un gran potencial para ser usada como herramienta didáctica, o bien para investigación científica. Por un lado, con un arreglo óptico de este tipo podemos ilustrar de manera clara las aberraciones ópticas de diversos elementos ópticos. Por otro lado, el desarrollo de pruebas visuales usando esta técnica podrían ser útiles cuando una infraestructura más sofisticada no está al alcance. En este sentido, en la UAS estamos probando una nueva técnica de tamizaje para identificar errores refractivos en niños.

Refracción usando láser speckle

Actualmente, en el Laboratorio de Ciencias de la Visión de la Universidad Autónoma de Sinaloa estamos desarrollando una prueba económica, precisa y fácil de usar para determinar el estado refractivo en niños. Esta prueba se basa en un principio similar a la retinoscopía

y la navaja de Foucault, pero usa el reflejo de la mancha que proyecta un láser sobre una superficie blanca.5

La técnica se conoce como refracción láser speckle.6, 7 Debe su nombre a la imagen que proyecta en la superficie, la cual está compuesta por un disco de moteado aleatorio. Ésta permite obtener el estado refractivo de un paciente después de observar la mancha comparado con el movimiento de su cabeza. Es una prueba subjetiva con gran potencial para ser usada en lugares donde se carece de infraestructura y personal calificado para hacer la refracción. Incluso, hemos comprobado que funciona aún bajo el efecto del agente cicloplégico. Enseguida presentamos los resultados de un estudio preliminar.

En el estudio se comparó el resultado de la refracción utilizando el láser speckle, con el resultado de un autorrefractor bajo cicloplejía. Participaron 16 sujetos (8 mujeres; mediana 22, rango de 18 a 30 años) bajo cicloplejía (ciclopentolato al 1%) con: (1) autorrefracción (RedSun modelo ARK7610); y (2) láser speckle. Para el láser speckle usamos un láser He-Ne (632 nm, 20 mW) y una lente 67D para proyectar un patrón de moteado de 10 cm de diámetro sobre una superficie blanca. Los sujetos, a 3m de la mancha, indicaron la dirección del movimiento en presencia de lentes de prueba, lo que permitió medir los componentes esféricos y cilíndricos. Usamos el equivalente esférico para comparar los errores de refracción medidos con los dos métodos.

Los resultados muestran que los errores de refracción medidos con el autorrefractor oscilaron entre -6,00 D y +2,25 D. Utilizando el enfoque de Bland Altman (1986), los límites de concordancia fueron de -2,49 D a +1,94 D. No hubo tendencia a que las diferencias variaran con el error refractivo (p=0.25). Es importante destacar que, para la detección, la pendiente de la línea de regresión fue de 1.1, lo que indica que no hubo una tendencia sustancial de subestimación o sobreestimación utilizando el moteado láser.

En conclusión, la técnica de láser speckle proporcionó mediciones del error de refracción consistentes con el autorrefractor, el cual es el estándar de oro para la refracción. Por lo tanto, el moteado láser tiene el potencial de uso como método de detección, con un valor potencial particular debido a su bajo costo en entornos de bajos recursos. El trabajo a futuro es probar la técnica del láser speckle en niños con y sin cicloplejía.

Comentarios finales

Los principios ópticos que podemos usar para modelar el paso de la luz a través del globo ocular nos permiten extraer información valiosa sobre su condición óptica. La retinoscopía es un buen ejemplo de cómo la óptica a través de un método objetivo nos permite conocer con precisión los errores refractivos de una paciente. Sin embargo, no es la única técnica con potencial para ser aplicada en el estudio del globo ocular.

La prueba de la navaja de Foucault es una técnica sencilla de implementar. Puede ser empleada con fines didácticos y de investigación. Por ejemplo, ilustra de manera directa el efecto de diversas aberraciones ópticas en la imagen del sistema óptico. Además, es una técnica potencial como prueba de tamizaje para identificar errores refractivos. Así mismo la propuesta de refracción usando láser speckle presentada aquí, tiene la capacidad de ser implementada en campañas de atención visual comunitaria, hemos comprobado que funciona bien en un grupo de adultos. El siguiente paso es verificar su efectividad en la población infantil.

Finalmente, me gustaría agregar que estoy convencido de que conocer los principios ópticos detrás de los métodos comúnmente usados para identificar errores refractivos puede permitir, a largo plazo, innovar o mejorar la atención de los pacientes examinados.

Referencias

1. Hallak J. Reflections on Retinoscopy. Am J Optom Physiol

Opt 1976;53:224-8. 2. Goodman JW. Speckle Phenomena in Optics: Theory and

Applications: Roberts and Company Publishers; 2007. 3. Furlan WD, Muñoz-Escrivá L, Pons A, Martı́nez-Corral

M. Optical Aberrations Measurement with a Low Cost

Optometric Instrument. American Journal of Physics 2002;70:857-61. 4. Malacara D. Optical Shop Testing: John Wiley & Sons; 2007. 5. Ingelstam E, Ragnarsson S-I. Eye Refraction Examined by Aid of Speckle Pattern Produced by Coherent Light.

Vision Research 1972;12:411-IX. 6. Baldwin WR, Stover WB. Observation of Laser Standing

Wave Patterns to Determine Refractive Status. Am J

Optom Arch Am Acad Optom 1968;45:143-51. 7. Sinclair DC. Demonstration of Chromatic Aberration in the

Eye Using Coherent Light. J Opt Soc Am 1965;55:575-6.

OPTOMETRÍA