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
Baisc algebra and geometry.
introductory calcolus, derivatives and integrals.
basics of coding in any language. .
Modalità didattica
Lezioni frontali con proposizione di problemi in aula da risolvere in modo autonomo e inviare al docente.
L'assegnazione di problemi a casa va 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 AVVIENE DURANTE TUTTO IL CORSO.
VALUTAZIONE IN ITINERE (massimo 12 punti):
Il docente propone 3 problemi durante il corso che gli studenti devono svolgere e inviare al docente per una valutazione. Verranno valutate:
a. chiarezza dell'esposizione
b. correttezza delle assunzioni per lo svolgimento del problema
c. uso di referenze dalla letteratura per supportare le conclusioni
d. analisi di casi limite.
Ogni problema svolto viene valutato su una scala [0, 4] punti e fornisce una base del punteggio finale di valutazione.
VALUTAZIONE FINALE (massimo 18 punti):
1- Presentazione, almeno una settimana prima della data dell'esame, di un elaborato sviluppato dallo studente su un tema indicato dal docente e secondo una scheda di valutazione fornita dal docente.
2- Discussione orale dell'elaboprato in presenza durante l'esame
L'elaborato sarà valutato con un unico voto espresso su trenta (il voto “articolo”), ottenuto sommando i seguenti punteggi:
da 0 a 3 punti: Lo studente affronta in modo chiaro qual è il tema principale della richeista fatta nell'elaborato?
Da 0 a 3 punti: lo studente affronta in modo chiaro la metodologia?
Da 0 a 3 punti: lo studente affronta correttamente i principi fisici della metodologia?
Da 0 a 3 punti: I risultati principali sono riassunti in modo chiaro?
Da 0 a 3 punti: i risultati grafici sono interpretati in modo corretto e chiaro?
Da 0 a 3 punti: La terminologia utilizzata nella relazione è in generale corretta?
Il punteggio finale sarà dato dalla somma della valutazione numerica dell'eleborato e dei tre problemi svolti.
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
ASSESSMENT TAKES PLACE THROUGHOUT THE ENTIRE COURSE.
ONGOING ASSESSMENT (maximum 12 points)
During the course, the instructor assigns three problems that students must complete and submit for evaluation. The following aspects will be assessed:
a. clarity of the exposition
b. correctness of the assumptions used to solve the problem
c. use of references from the literature to support the conclusions
d. analysis of limiting cases
Each problem is graded on a [0–4] point scale (1 point per item a-d), and the total will contribute to the final evaluation score.
FINAL ASSESSMENT (maximum, 18 points)
- Submission, at least one week before the exam date, of a written report developed by the student on a topic assigned by the instructor and following an evaluation rubric provided by the instructor.
- Oral discussion of the written report during the in‑person exam.
The written report will receive a single grade out of eighteen (the “article grade”), obtained by summing the following scores:
- 0 to 3 points: Does the student clearly address the main topic of the assignment?
- 0 to 3 points: Does the student clearly describe the methodology?
- 0 to 3 points: Does the student correctly address the physical principles underlying the methodology?
- 0 to 3 points: Are the main results clearly summarized?
- 0 to 3 points: Are the graphical results interpreted correctly and clearly?
- 0 to 3 points: Is the terminology used in the report generally correct?
FINAL SCORE
The final score will be the sum of the numerical evaluation of the written report and the scores obtained from the three assigned problems.
Se vuoi, posso anche riformulare il testo in un inglese più formale, più sintetico, oppure in stile regolamento universitario.
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
