Course Syllabus
Obiettivi
Fornisce una formazionespecialistica in tecniche ottiche avanzate per migliorare la diagnosi e il trattamento delle malattie oculari. Il corso tratterà i principi e le applicazioni dell'ottica adattiva, concentrandosi su come queste tecnologie possano migliorare la risoluzione e l'accuratezza dell'imaging oftalmico. Gli argomenti includono il rilevamento e la correzione del fronte d'onda, l'imaging della retina e l'integrazione dell'ottica adattiva nella pratica clinica. L'obiettivo è quello di fornire agli optometristi e specialisti in scienza della visione le conoscenze e le competenze per sfruttare strumentazione basata su ottica adattica per miglioare la diagnosi dei loro pazienti.
Contenuti sintetici
Cenni di Ottica Fisica:
i propagatori (Fresnel, Fraunhofer, Angular spectrum)
• Esempi in ottica di Fourier: l'algoritmo olografico per generare stimoli visivi
• Descrizione delle aberrazioni ottiche: aberrazioni di Seidel del primo ordine
• Strumenti di ottica adattiva I: specchi deformabili.
• Strumenti di ottica adattiva II: modulatori di luce spaziale (algoritmo di Gerchberg-Saxton)
• Correzioni di aberrazioni ottiche e descrizione di Zernike.
• Applicazioni dell'ottica adattiva per i test della vista: imaging della retina
Programma esteso
-
- Revisione delle basi dell’ottica fisica. Il concetto di propagatore. Analisi dell’origine dei tre principali metodi di propagazione (Fresnel, Fraunhofer, Angular spectrum) e analisi dei loro limiti di applicazione. Esempi, esercizi (numerici).
- Principi base dell’ottica di Fourier: Sviluppo di alcuni esempi relativi al metodo olografico di per generare stimoli visivi sulla retina.
• Descrizione delle aberrazioni ottiche: aberrazioni di Seidel del primo ordine e aberrazioni del secondo ordine con ottiche geometriche. Analisi delle aberrazioni del primo ordine con la propagazione delle onde.
Metodi per la correzione delle aberrazioni ottiche:
• Adaptive optics tools I: deformable mirrors.
• Adaptive optics tools II: spatial light modulators (the Gerchberg-Saxton algorithm)
• Metodi per descrivere le aberrazioni ottiche (con particolare attenzione alla descrizione di Zernike).
• Applicazioni dell'ottica adattiva per i test visivi. Analisi di due principali oftalmoscopi AO e loro applicazioni all'imaging della retina (https://www.imagine-eyes.com/)
• Ruolo dell'ottica adattiva nello studio dell'accomodazione, in particolare: comprensione dell'accomodazione, valutazione del miglioramento della vista, applicazioni nella pratica clinica.
• Come sfruttare l'imaging ad alta risoluzione assistito da AO per diagnosticare la perdita di vista
Prerequisiti
Algebra and geometry
introdcutory calcolus, derivatives and integrals
basics of Python or MatLab coding.
Modalità didattica
Lezioni frontali con proposizione di problemi in aula. Assegnazione di problemi a casa che vanno a comporre una prevalutazione di esame.
Uso di simulazioni numeriche e animazioni. Proposizione di casi reali. Le lezioni, la risoluzione di problemi e le simulazioni saranno integrate.
La partecipazione degli studenti è incoraggiata attraverso la risoluzione dei problemi.
Prospetto sintetico:
- Numero di ore di lezione in presenza: 28;
- numero di ore interattive a distanza: 14.
Materiale didattico
Optical Imaging and Aberrrations, Virendra Mahajan, SPIE press, 1998.
Adaptive Optics for Vision Science: Principles, Practices, Design, and Applications.
Edited by Jason Porter, Hope M. Queener, Julianna E. Lin, Karen Thorn, And Abdul Awwal
Wiley Scientific, 2006.
Periodo di erogazione dell'insegnamento
secondo semestre
Modalità di verifica del profitto e valutazione
LA VALUTAZIONE FINALE CONSISTE IN CINQUE FASI:
1- Presentazione, almeno tre settimane prima della data dell'esame, della revisione di un articolo scientifico (indicato dal docente e secondo una scheda di valutazione fornita dal docente).
2 - Presentazione, almeno tre settimane prima della data dell'esame, di una serie di 3 problemi lasciati allo studente come compiti a casa durante il corso.
3- Domande scritte (risposte chiuse) sul programma del corso per una verifica approfondita della preparazione sul programma del corso.
4- Discussione orale sull'articolo scientifico rivisto per verificare la capacità di produrre, raccogliere, organizzare, analizzare e interpretare criticamente la letteratura scientifica.
5- Discussione orale dei problemi risolti per valutare la capacità dello studente di risolvere i problemi.
Le fasi 1 e 2 saranno svolte prima della data dell'esame. Le fasi 3-5 saranno svolte il giorno dell'esame.
Le fasi da 1 a 3 daranno un PUNTEGGIO SCRITTO espresso su trenta. lo studente può migliorare fino a 4 punti il PUNTEGGIO SCRITTO con le fasi 4 e 5.
FASE 1: sarà valutato con un unico voto espresso su trenta (il voto “articolo”), ottenuto sommando i seguenti punteggi:
da 0 a 5 punti: Lo studente affronta in modo chiaro qual è l'impatto generale della ricerca affrontata nell'articolo?
Da 0 a 5 punti: lo studente affronta in modo chiaro la metodologia?
Da 0 a 5 punti: lo studente affronta correttamente i principi fisici della metodologia?
Da 0 a 5 punti: I risultati principali sono riassunti in modo chiaro?
Da 0 a 5 punti: i risultati grafici sono interpretati in modo corretto e chiaro?
Da 0 a 5 punti: La terminologia utilizzata nella relazione è in generale corretta?
FASE 2: per ciascuno dei tre problemi, i seguenti aspetti saranno valutati con un unico voto (voto “problemi”) espresso su trenta, ottenuto sommando i seguenti punteggi:
da 0 a 6 punti: lo studente ha compreso correttamente il testo?
da 0 a 6 punti: lo studente ha indicato chiaramente i principi da utilizzare?
Da 0 a 6 punti: lo studente applica correttamente i principi per ottenere le equazioni per la soluzione?
Da 0 a 6 punti: il risultato numerico è corretto?
Da 0 a 6 punti: lo studente commenta correttamente i risultati ottenuti e, se necessario, li rappresenta correttamente in forma grafica?
Fase 3: sarà valutato con un voto (il voto del “test”) espresso su trenta (il voto è pari al numero di risposte corrette, poiché il test è composto da 30 domande).
Il PUNTEGGIO SCRITTO sarà la media dei tre voti precedenti, arrotondata al numero intero più vicino.
Le fasi 4 e 5 contano al massimo altri 4 punti da aggiungere al PUNTEGGIO SCRITTO per ottenere il PUNTEGGIO FINALE.
Orario di ricevimento
through the webex page
https://unimib.webex.com/meet/giuseppe.chirico
Every Monday, 13.00-14.00.
Sustainable Development Goals
Aims
It provides specialized training in advanced optical techniques to enhance the diagnosis and treatment of eye diseases. The course will cover the principles and applications of adaptive optics, focusing on how these technologies can improve the resolution and accuracy of ophthalmic imaging. Topics include wavefront sensing and correction, retinal imaging, and the integration of adaptive optics into clinical practice. The goal is to equip optometrists and specialists in vision science with the knowledge and skills to leverage adaptive optics for better patient outcomes.
Contents
• Basics of Physical Optics: the propagators (Fresnel, Fraunhofer, Angular spectrum)
• Examples in Fourier Optics: the holographic algorithm to generate visual stimuli
• Description of optical aberrations: first order Seidel aberrations
• Adaptive optics tools I: deformable mirrors.
• Adaptive optics tools II: spatial light modulators (the Gerchberg-Saxton algorithm)
• Corrections of optical aberrations and Zernike description.
• Applications of adaptive optics for vision testing: retina imaging (https://www.imagine-eyes.com/)
• Role of adaptive optics to study accommodation, how to assess the vision improvement.
• Learning about vision at the scale of single photoreceptors.
Detailed program
**introduction to Adaptive Optics. **
Description of optical aberrations: first order Seidel and second order aberrations with geometrical optics.
Analysis of the first order aberrations with the wave propagation.
** Methods for the correction of the optical aberrations:
• Adaptive optics tools I: deformable mirrors.
• Adaptive optics tools II: spatial light modulators (the Gerchberg-Saxton algorithm)
**
• Methods to describe the optical aberrations (with particular care to the Zernike description).
• Applications of adaptive optics for vision testing. Analysis of two main AO opthalmoscopes and their applications to retina imaging (https://www.imagine-eyes.com/)
• Role of adaptive optics to study accommodation, in particular: understanding accommodation, vision Improvement Assessment, applications in Clinical Practice.
• How to exploit high resolution imaging assisted by AO to diagnose vision defects at the scale of single photoreceptors.
Prerequisites
Algebra and geometry
introdcutory calcolus, derivatives and integrals
basics of Python or MatLab coding.
Teaching form
Lectures with proposition of problems in the classroom. Assignment of problems at home tha go to make an exam pre-evaluation.
Use of numerical simulatons and animations. Proposition of real world cases. Lectures, problem-solving, and simulations will be integrated.
Student Participation is encourage through the problem solving.
Summary:
- Number of in-person lesson hours: 28;
- Number of interactive remote hours: 14.
Textbook and teaching resource
Optical Imaging and Aberrrations, Virendra Mahajan, SPIE press, 1998.
Adaptive Optics for Vision Science: Principles, Practices, Design, and Applications.
Edited by Jason Porter, Hope M. Queener, Julianna E. Lin, Karen Thorn, And Abdul Awwal
Wiley Scientific, 2006.
Semester
second
Assessment method
THE FINAL ASSESSMENT CONSISTS OF FIVE STEPS:
1- Submission, at least three weeks before the date of the exam, of the revision of a scientific article (indicated by the lecturer and accoridng to an evaluation form provided by the lecturer)
2 - Submission, at least three weeks before the date of the exam, of a set of 3 problems left to the student as homework during the course.
3- Written questions (closed answers) on the course syllabus for an extensive verification of the preparation on the course syllabus.
4- Oral discussion on the revised scientific article to verify the ability to produce, collect, organize, analyze, and critically interpret scientific literature
5- Oral discussion of the solved problems to assess the ability of the student in problem solving.
Stesp 1 and 2 will be done before the date of the exam. Steps 3-5 will be done the day of the exam.
Steps 1 to 3, will give a WRITTEN SCORE expressed aout of thirty. the student can improve by up to 4 points the WRITTEN SCORE with steps 4 and 5.
STEP 1: it will be assessed with a single grade expressed out of thirty (the "article" grade), obtained by summing the following scores:
0 to 5 points: Does the student address clearly what is the general impact of th research addressed in the article?
0 to 5 points: does the student address clearly the methodology?
0 to 5 points: does the student address correctly the physical principles of the methodology?
0 to 5 points: Are the main results summarized clearly?
0 to 5 points: are the graphical result interpreted correctly and clearly?
0 to 5 points: Is the terminology used in the report in general correct?
STEP 2: for each of the three problems, the following aspects will be assessed with a single grade ("problems" grade) expressed out of thirty , obtained by summing the following scores:
0 to 6 points: does the student have understood correctly the text?
0 to 6 points: does the student have stated clearly what principles should be used?
0 to 6 points: does the student implements correctly the principles to obtain equations for the solution ?
0 to 6 points: is the numerical result correct?
0 to 6 points: does the student comment correctly the result obtained and, if needed, represent correctly them in graphical form?
Step 3: it will be assessed with a grade (the "test" grade) expressed out of thirty (the grade is equal to the number of correct answers, as the test consists of 30 questions).
The WRITTEN SCORE will be the average of the three previous grades, rounded to the nearest integer.
Steps 4 and 5 will count for an at most additional 4 points to be added to the WRITTEN SCORE and provide the FINAL SCORE
Office hours
through the webex page
https://unimib.webex.com/meet/giuseppe.chirico
Every Monday, 13.00-14.00.
Sustainable Development Goals
Staff
-
Giuseppe Chirico
