Effect of Decentration on Optical Performance in Multifocal Intraocular Lenses

Abstract

Aims: Eye Modelを用いて，多焦点眼内レンズ（IOL）における光学性能への偏芯の影響を評価することである． 方法 本研究では、4種類の多焦点眼内レンズ（ReSTOR SA60D3、Alcon、TECNIS Multifocal ZM900、AMO、ReZoom、AMO、SFX-MV1、HOYA）を評価した。 評価は、IOLを中心から0、0.25、0.5、0.75、1.0mm水平方向にずらした眼球模型を用いて、近・遠距離変調伝達関数（MTF）の測定と実際の近用画像（新聞紙）の可視化により行った。 結果 回折型ReSTORでは、偏芯が大きくなるにつれて近用MTFが減少した。 1.0mmでは近接画像（新聞文字）の識別が困難となった。 回折式ZM900では、偏芯の増加に伴い、near、farともにMTFが徐々に低下した。 屈折型ReZoomとSFX-MV1では，偏芯量0～1.0mmで近用MTFにほとんど変化が見られなかった。 しかし，ReZoomでは1.0 mm，SFX-MV1では0.75 mmの偏芯から遠方MTFが明らかに減少した。 結論 多焦点眼内レンズの設計によってMTFや近用画像の影響は異なるが，偏位量0.75mmまでは臨床的な効果は期待できない。 非球面構造によるコントラスト改善、乱視矯正、多焦点眼内レンズなど、見え方の質を向上させるレンズが登場しています。 多焦点眼内レンズには屈折型と回折型があり、それぞれ特徴的な構造をしており、多くの良好な臨床結果が報告されている。 多焦点眼内レンズは、単焦点眼内レンズに比べて光学的性質が複雑である。 そのため、多焦点眼内レンズが中心からずれると、光学特性を十分に発揮できなくなり、視機能が低下することが懸念されている。 したがって、多焦点眼内レンズを挿入する場合には、単焦点眼内レンズを挿入する場合よりも前嚢切開部の大きさや形状などに注意を払い、明らかにジンのゾヌールが脆い場合など、偏心が予想される場合には多焦点眼内レンズは挿入されない。

多焦点眼内レンズの偏光を検討するために、根岸らはReZoom（AMO）の先行モデルである屈折矯正眼内レンズArray（AMO）で光学シミュレーションを実施した。 単焦点眼内レンズと屈折多焦点眼内レンズであるArrayを1.0mmまで偏位させた場合の影響を評価している。 眼球模型を用いて、ランドルト環の見え方による効果を評価した。 1.0mmの偏位でコントラストの低下が見られるが、ランドルト環の識別は可能であり、視機能の大きな低下は見られなかった。 林らは臨床例の報告で、Arrayを0.7mmを超える偏角で使用した場合、遠用視力が低下するが、偏角と近用視力の間に相関はないと判断している。 しかし、現在使用されている多焦点眼内レンズでは、偏位の影響についての報告がないため、その影響を調べることは非常に重要であると考える。

これまで我々は、眼モデルを用いて多焦点眼内レンズの光学シミュレーションを行い、性能評価を行ってきた。 本研究では、眼球モデルを用いた光学シミュレーションにより、現在使用されている多焦点眼内レンズの偏芯の影響を客観的に評価した。 評価には、可視化された実際の近用画像と変調伝達関数（MTF）の測定値を使用した。 MTFは光学特性を評価するのに有効であるとされている。 過去にも川守田と魚里が単焦点眼内レンズと屈折型多焦点眼内レンズであるArrayの評価を報告している。 本研究では、回折型のReSTOR SA60D3（Alcon）とTECNIS Multifocal ZM900（AMO）、屈折型のReZoom（AMO）とSFX-MV1（Hoya）の4種類の多焦点眼内レンズを評価し、臨床結果に矛盾がないことから、視機能評価においてMTFが有効であると考えた。 多焦点眼内レンズの近見加算度数は、ReSTORが+4.0dpt、ZM900が+4.0dpt、ReZoomが+3.5dpt、SFX-MV1が+3.0dptとなった（図1）。 さらに、4種類の眼内レンズの度数は+20.0dptで統一されていた。

ISOの規定（ISO 11979-2）に従い、眼内レンズ自動測定装置（Optispheric IOL, Trioptics GmbH製）を用いて眼内レンズの光学特性を示すMTFを測定しました（図2a）。 指標として、アメリカ空軍のチャートを使用しました（図2b）。 この像を高性能リレーレンズで拾い、高解像度の電荷結合素子カメラチップに焦点を合わせます。 ターゲットの強度プロファイルを半径方向と接線方向に電子的にスキャンする。 データを収集し、フーリエ変換の技術を用いてMTFを計算し、リアルタイムでPCのモニターに表示します。

この実験では、3mmのモデル瞳（絞り）を用い、アイモデルにIOLをセットし、IOLを中心から0、0.25、0.5、0.75、1.0mm水平方向にずらして遠方と近距離MTFを測定しました。 遠方視は5m、近方視は各IOLの最適焦点距離（ReSTOR, ZM900: 30 cm, ReZoom: 35 cm, SFX-MV1: 40 cm）で行った。 MTFの測定はすべて経験豊富な研究者が行い、複数回（最低2回）測定し、同様の値が得られることを確認した

実際の近見画像のシミュレーションには、我々が開発したアイモデルを用いた（図3）。 眼球モデルの構造は、モデル角膜、モデル瞳孔（開口部）、本体から構成されている。 眼球模型の中心から0、0.5、1.0mmずらした位置に3mmの模型瞳孔を作成し、眼内レンズをセットして使用した。 眼内レンズを取り付けたモデル瞳孔を本体に挿入して水を満たし、その前面に角膜を設置し、後面に電荷結合素子カメラ（株式会社アートレイ）を接続した。 モデル角膜の屈折力は38.4dpt、角膜収差は0.12μmであった。 角膜頂点から眼内レンズ表面までの距離は約6.0mm、角膜頂点から眼球模型後面までの距離は11.5mmであった

新聞の文字を指標に、実際の偏光の効果を検討した。 測定方法は、インデックスから5m離れた地点にカメラのピントを合わせました。 6054>

結果

近用MTF

図4は、各IOL偏芯0～1.0mmにおける近用MTF（50回/mm）を示したもので、図4（a）のように、偏芯を0～1.0mmとした場合、近用MTFは0～1.5となる。 表1に各IOLの50cycles/mmにおけるMTF測定値を示す。 回折型ReSTORの近用MTFは偏芯の増加とともに減少し、偏芯1.0mmで最も減少した。 回折型ZM900のNear MTFは，偏芯量約0.5mmからわずかに減少したが，相対的な変化は小さかった。 屈折型ReZoom、SFX-MV1の近用MTFについては、偏芯による近用MTFの低下はあまり見られなかった。

新聞文字の視認性

図5は、IOLが0, 0.5, 1.0 mmディセンターしたときの新聞文字の視認性のシミュレーションを示したものです。 ReSTORを使用した場合、0.5mm偏位では0mm偏位よりもやや文字がぼやけてしまった。 1.0mmになるとボケの度合いが大きくなり、文字が判別しづらくなった。 ZM900で0.5mmと1.0mmにした場合、新聞文字のコントラストが若干低下したが、視認性に影響を与えるほどでは無かった。 ReZoomとSFX-MV1を使用した場合、1.0mmでも新聞文字の視認性にほとんど影響を与えませんでした。 5

遠用MTF

図6に、0～1.0mmの各IOL偏角における遠用MTF値（50回／mm）を示す。 6054>

ReSTORを用いた場合、偏芯の増加に伴い遠用MTFが増加する逆の現象が起こり、50cycles/mmでの遠用MTFは偏芯0mmで0.45、偏芯1mmで0.52となった。 ZM900では、偏芯の増加に伴い遠方MTFが徐々に減少しました。

ReZoomでは、偏芯1mmで遠方MTFが大きく減少しました。 SFX-MV1では、偏位量0.75mmで遠用MTFが大きく低下した。

考察

本研究では、眼球モデルを用いて、多焦点眼内レンズ偏位の影響を客観的に評価した。 光学特性の指標であるMTFを測定することで、偏芯が視機能に及ぼす影響を定量化した。 さらに、日常生活で馴染みのある新聞文字の見え方で近用画像を評価し、実際にどの程度の効果が期待できるかを総合的に検討した。

回折型ReSTORでは、偏位の増加とともに近用MTFは低下するが遠用MTFは向上する傾向があった。 特に，偏芯量1.0mmで新聞文字が判別しにくくなった。 ReSTORは中心から半径3.6mmまでが回折構造で、周辺部は遠方視用の単焦点構造である。 さらに、ReSTORは遠方視のための集光を行うため、回折部の中心部の回折格子罫線が周辺部に向かって減少する構造（アポダイズ構造）になっています。 そのため、偏光を生じさせると、中心付近の回折領域の一部（近見視のための主要領域）が使用されることになる（図7）。 また、偏芯が大きくなると、周辺部の単焦点部分の割合が大きくなる。 単焦点部は遠方視用なので遠方MTFが増加し、それに伴い近方視用の回折部の使用が減少するので、近方MTFが減少する。 そのため、この眼内レンズの偏芯は近見に影響しやすいと考えました。 回折型ZM900では，偏芯が大きくなるにつれて，近方，遠方のMTFが徐々に低下した。 新聞文字シミュレーションでは、コントラストが若干低下しましたが、文字の判別に影響を与えるほどではありませんでした。 ZM900では、光学部全面に回折構造を持ち、入射光を遠方視用と近方視用の2つの焦点に均等に分け、遠方視用と近方視用の2つの焦点に均等に入射させることで、遠方視用と近方視用の2つの焦点に均等に入射させることができます。 そのため、今回のシミュレーションでは、近見視力が最も偏光による影響を受けにくくなっています（図7）。 さらに、遠方視と近方視の偏角の影響は同じ傾向で、偏角0.75mmから遠方・近方のMTFがわずかに低下することが確認された。 この減少の一因として、光学部周辺視野の拡大による収差の増大が考えられた。 図7

今回の研究には含まれなかったが、回折型多焦点IOLには、ReSTOR SN6AD1（アルコン）とTECNIS Multifocal ZMB00（AMO）というモデルが存在する。 ReSTOR SN6AD1は、基本的に従来と同じ設計で、非球面、付加パワーは+3.0dptです。 瞳孔径が性能に影響すると思われるが、偏向のためMTFはかなり低くなると思われる。 TECNIS Multifocal ZMB00は、ZM900と同じ光学構造のアクリル一体型レンズである。 したがって、たわみの影響はZM900と同じになると思われます。 これらの眼内レンズは今後さらなる研究が必要である。

屈折型ReZoomとSFX-MV1では、偏角を1.0mmにしても近用MTFはあまり変化せず、新聞文字の見え方にほとんど変化がなかった。 しかし，ReZoomでは偏芯1.0mm，SFX-MV1では偏芯0.75mmから遠方MTFが明らかに減少した。 回折型のReZoomとSFX-MV1では、瞳孔中央の遠方視に使用するゾーンの面積が減少し、近方視に使用するゾーン2の面積と遠方視に使用するゾーン3の面積が増加した（図7）。 遠方視用ゾーンと近方視用ゾーンが占める瞳孔径の割合は、あまり変わらない。 したがって、近見視に対する偏角の影響は少ないと考えられる。 しかし、デクレーションが0.75、1.0と大きくなると、近見視力への影響は小さくなる。0mmでは，近用ゾーンの位置が瞳孔の中心付近であるため，遠用MTFが低下した可能性がある。 また、今回は検討しなかったが、遠方視用ゾーンと近方視用ゾーンの境界が瞳孔の中心にある場合、グレアが大きくなる可能性が高く、注意が必要である。 通常、手術は合併症なく終了し、眼内レンズをバッグに挿入すると、偏位は0.3mm程度に減少する。 今回のシミュレーションでは、偏位量0.25mmでは、すべての多焦点眼内レンズで遠用・近用のMTFにほとんど変化がなかったので、0.3mm程度の偏位では視機能には影響がないと思われる。 前嚢に裂け目ができ、そこに眼内レンズを挿入する場合、偏位は0.5mm程度になる可能性があります。 このシミュレーションでは，屈折型，回折型ともに0.5mm程度の偏位では光学特性の劣化はあまりないと考えられるので，前嚢による偏位の程度は許容範囲内であろう。 アウトオブザバッグ固定、眼内レンズの縫合固定、Zinnの脆いゾニュールなどの結果、ディセントレーションが起こることがある。 1.0mmの偏位では、眼内レンズの光学特性の劣化に差があり、視機能への影響が避けられない。 したがって，多焦点眼内レンズは，やはりカプセル内に挿入するのが原則であろうし，前嚢の裂け目による偏位の程度は，おそらく許容範囲内であろう。 この研究にはいくつかの問題点がある。 まず、眼球モデルを用いたin vitroの実験であるため、両眼視、順応、眼球優位性といった人間の眼の中枢作用が考慮されていないことである。 眼球モデルでは、光学系のみがシミュレートされた。 そのため、人間の目による視覚と眼球モデルによる視覚は必ずしも一致せず、人間の目による視覚は眼球モデルによる視覚よりも鮮明である可能性がある。 しかし、眼球モデルは中心作用を持たないため、眼内レンズの固有特性の比較には有用であると考えられる。 さらに、眼球モデルが光学特性に影響を与えないのであれば、人間の目が臨床的な影響を与える可能性も低いと考えられる。

また、本研究では偏芯への影響を横軸のみについて検討した。 縦軸や斜め軸の偏角については調査していない。 しかし，本研究の眼内レンズは中心から周辺に向かって放射状に同心円を描く構造であったため，偏心の方向によって結果が大きく偏る可能性は小さいと考える

さらに，偏心の効果のみを検討し，眼内レンズの傾きについては評価していない。 臨床的には偏位と傾斜は同時に起こることが多いので、今後も新しい実験モデルを作り、これらの現象について研究していきたい。 今回、2種類の眼球モデルを用いて遠用・近用MTF、近用画像のシミュレーションを行い、多焦点眼内レンズの偏芯の影響を客観的に評価した。 偏位の効果は多焦点眼内レンズごとに異なる特徴を有していたが、偏位が0.75mm以下であれば視機能への影響は少ないと考えられる。 眼球モデルを用いたシミュレーションは、IOLの客観的評価に有用であると思われる。

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