Una nueva tecnología ofrece lentes personalizadas

Indizen Optical Technologies (IOT), spin-off del Grupo de Óptica Aplicada de la Universidad Complutense, ha lanzado al mercado la tecnología IOT Futura que permite crear lentes oftálmicas personalizadas. Las nuevas lentes tendrán en cuenta el estilo de vida y las necesidades visuales de cada paciente, para dotarles de una calidad de visión mucho mayor que la actual.

El tallado clásico de superficies ópticas se ha basado en el uso de fresas de diamante capaces de generar superficies esféricas o tóricas por rotación y traslación, junto con el afino y pulido de las superficies fresadas mediante frotación con útiles rígidos de radios de curvatura predefinidos. Estas técnicas han permitido producir superficies ópticas con precisión y rapidez, pero con grandes limitaciones en cuanto al tipo de superficie, ya que sólo pueden generarse aquellas con altos grados de simetría.

El tallado punto a punto con tornos o con fresadoras de alta precisión y puntas de diamante, capaz en principio de generar superficies arbitrarias, es una tecnología en la que se trabaja desde hace unos 30 años. Inicialmente, las limitaciones mecánicas sólo permitían generar óptica para infrarrojo lejano, en donde los requisitos de precisión y rugosidad son menores. Aun así, los primeros equipos de tallado punto a punto requerían costosas instalaciones y servicios para alcanzar la precisión requerida. La mejora continuada del control de la dinámica de las máquinas herramienta, gracias al avance de controles numéricos, sensores de posición, reguladores y servos, ha permitido mejorar la precisión del tallado y pulido hasta el punto de ser posible la fabricación de óptica para visible. A pesar de los avances, esta tecnología continúa demandando condiciones ambientales muy restrictivas, y mantiene un coste de mantenimiento muy elevado.

En 2003, los fabricantes de maquinaría de fabricación de lentes oftálmicas Schneider y Satisloh, en colaboración con fabricantes de lentes con alta experiencia en mecánica de precisión, como Rodenstok y Zeiss, desarrollaron la tecnología de generación libre, o free-form. Se trata de una tecnología de tallado punto a punto con herramienta de diamante, que permite generar superficies arbitrarias sobre materiales plásticos con una rugosidad superficial de unos 200 nm RMS. En un posterior proceso de pulido con útil flexible, la rugosidad se reduce a valores inferiores a 20 nm RMS sin cambiar la forma de la superficie. La tecnología resultante se mostró suficientemente robusta y rápida como para poder ser utilizada en el exigente sector oftálmico, en el que si bien la calidad superficial requerida no es tan alta como en la óptica de precisión, los requisitos de volumen y fiabilidad son muy elevados.

La tecnología free-form está revolucionando la industria oftálmica de una forma inusitadamente rápida. En primer lugar, permite fabricar lentes complejas a partir de lentes semiterminadas esféricas y de bajo coste fabricadas por moldeo. En segundo lugar, permite prescindir de los miles de útiles rígidos necesarios en un taller de lentes oftálmicas. Bastan unos pocos útiles flexibles para generar cualquier tipo de superficie. Además, la calidad superficial que permite obtener esta tecnología es superior a la que se obtiene por métodos tradicionales.

Aparte de estas ventajas de tipo industrial, la tecnología free-form ofrece posibilidades insospechadas en el diseño óptico. Hasta ahora, las superficies variables de las lentes oftálmicas podían ser únicamente esféricas o tóricas. Las superficies complejas (como las de las lentes progresivas o las asféricas) se realizaban por moldeo y con un número de formas muy reducido (de 6 a 10 tipos de superficies para cualquier graduación). De esta forma, las lentes de miles de personas portadoras de un determinado modelo progresivo, comparten la misma superficie compleja, y únicamente difieren en la superficie tórica que determina la graduación. Esta circunstancia, impuesta por la logística de la fabricación y el precio final del producto, condiciona severamente la calidad de las lentes generadas final.

Si se dispone de la capacidad de diseñar lentes en tiempo real, la tecnología free-form pone fin a esta situación, ya que ahora la superficie ideal para cada usuario puede generarse y pulirse en unos pocos minutos.

En este escenario, Indizen Optical Tecnologies surge como un spin-off de la Universidad Complutense de Madrid, aglutinando la experiencia en óptica oftálmica y metrología óptica de los profesores José Alonso y Juán Antonio Quiroga, con la experiencia en integración de sistemas y computación del también complutense Dr. Daniel Crespo.

IOT ha desarrollado una plataforma de cálculo, denominada IOT-Futura, que aglutina los más avanzados conocimientos en óptica fisiológica, algoritmos de trazado de rayos y frente de onda y optimización, para poder calcular las superficies óptimas para cualquier tipo de lente oftálmica.

El sistema parte de un sofisticado modelo lente-ojo, que tiene en cuenta la disposición del espacio objeto, la posición de la pareja de lentes en el espacio y la posición de ambos ojos así como sus características particulares, como la anisometropía (diferencia de graduación entre ambos ojos), la ainiseiconia (diferencia del tamaño de la imagen retiniana entre ambos ojos), la convergencia de los ejes visuales, e incluso tamaño del globo ocular y potencia de las diferentes superficies ópticas del ojo. Posiblemente el modelo utilizado por IOT es uno de los más completos y avanzados entre los utilizados para el diseño de lentes oftálmicas.

Una vez que los parámetros del modelo se ajustan a los datos del paciente, la plataforma IOT-Futura utiliza un sofisticado algoritmo de trazado de rayos generalizado para determinar la potencia que las lentes ofrecen al usuario para cada dirección de mirada y para cada posición del objeto fijado. El trazado generalizado permite determinar la estructura de los frentes de onda refractados por las superficies de cada lente con total precisión, obteniéndose de esta forma los valores de desenfoque (errores en la potencia de la lente) así como desviaciones prismáticas (que son las inclinaciones sufridas por los ejes visuales al mirar a través de la lente) y aberraciones de orden superior.

Otro punto clave de la plataforma IOT Futura es una novedosa función de mérito estructurada en tres partes, cada una con su proceso propio de optimización, que arroja el mejor balance posible entre las diferentes aberraciones de la lente, su calidad óptica y las características particulares del usuario, incluyendo el tipo de actividad visual.

Las funciones de mérito utilizadas precisan la evaluación de la potencia de la lente en numerosas direcciones de mirada, por otro lado, una superficie oftálmica avanzada requiere para su definición del orden de 102 coeficientes. Como consecuencia de tal complejidad, el coste de evaluación de la función de mérito es alto, lo que unido a la no linealidad del problema y el elevado número de grados de libertad, convierte a la optimización en un problema de gran dificultad.

A pesar de toda esta complejidad, IOT ha conseguido desarrollar una plataforma que optimiza una pareja de lentes complejas en tan solo 10 segundos. Para ello se han incorporado algoritmos novedosos y técnicas de optimización en diferentes niveles que permiten alcanzar estas prestaciones.

La ventaja de esta tecnología es que las lentes calculadas son únicas para cada paciente. Tanto su graduación binocular, como las particularidades de la montura elegida, así como sus necesidades visuales, son todas tenidas en cuanta en el diseño, de manera que las lentes diseñadas ofrecen la mejor calidad de visión posible para dicho usuario. Como ejemplo típico, las lentes tradicionales para un paciente miope de -5 D pueden presentar un error de potencia o astigmatismo de más de una dioptría cuando el usuario mira por los laterales de su montura. Con las lentes generadas con la tecnología de IOT para la plataforma free-form, este error se reduce a menos de 0.1 D, despreciable para cualquier usuario.