Effect of Decentration on the Optical Performance in Multifocal Intraocular Lenses

Abstract

Aims: To evaluate the influence of decentration on the optical performance in multifocal intraocular lenses (IOLs) using eye models. Metody: W badaniu oceniano 4 typy wieloogniskowych IOL (ReSTOR SA60D3, Alcon; TECNIS Multifocal ZM900, AMO; ReZoom, AMO; SFX-MV1, Hoya). Oceny dokonano na podstawie pomiarów funkcji transferu modulacji (MTF) dla bliży i dali oraz wizualizacji rzeczywistych obrazów bliży (gazeta) przy użyciu modeli oczu z IOL przesuniętą horyzontalnie 0, 0.25, 0.5, 0.75 i 1.0 mm od centrum. Wyniki: Dla dyfrakcyjnego ReSTORA bliski MTF zmniejszał się wraz ze wzrostem decentracji. Bliskie obrazy (znaki gazetowe) stały się trudne do rozróżnienia przy decentracji 1.0 mm. W przypadku dyfrakcyjnego ZM900, bliskie i dalekie MTF stopniowo malały wraz ze wzrostem decentracji. Dla refrakcyjnych ReZoom i SFX-MV1, nie zaobserwowaliśmy prawie żadnych zmian w bliskim MTF od decentracji 0-1.0 mm. Jednakże, daleki MTF wyraźnie się zmniejszył począwszy od decentracji 1.0 mm dla ReZoom i 0.75 mm dla SFX-MV1. Wnioski: MTF i obrazy bliskie ulegają wpływowi w różnym stopniu w zależności od konstrukcji wieloogniskowych IOL; nie należy oczekiwać klinicznie istotnych efektów do decentracji 0,75 mm.

© 2012 S. Karger AG, Basel

Wprowadzenie

W ostatnich latach nastąpił niezwykły rozwój soczewek wewnątrzgałkowych (IOL). Nowe soczewki poprawiają jakość widzenia, polepszają kontrast dzięki strukturze asferycznej, korygują astygmatyzm, wprowadzono również soczewki wieloogniskowe. Wieloogniskowe IOL obejmują refrakcyjne i dyfrakcyjne typy, z których każdy ma charakterystyczną strukturę, a wiele dobrych wyników klinicznych zostało zgłoszonych dla nich. IOL wieloogniskowe mają bardziej złożone właściwości optyczne niż IOL jednoogniskowe. W komponencie optycznym IOL, strefy krótkowzroczne i dalekowzroczne, które mają różne struktury dyfrakcyjne i refrakcję, znajdują się w koncentrycznych okręgach.

W konsekwencji, gdy wieloogniskowa IOL jest przesunięta od swojego centrum, istnieje obawa, że straci zdolność do odpowiedniego osiągnięcia właściwości optycznych, a tym samym zmniejszy funkcję wzrokową. Dlatego, kiedy wieloogniskowa IOL jest wstawiona, więcej uwagi jest zwrócone np. na rozmiar lub kształt przedniej kapsulotomii niż kiedy monofokalna IOL jest wstawiona, i ewidentnie wieloogniskowe IOL nie są wstawione w przypadkach, gdzie decentracja jest oczekiwana, takich jak w przypadkach kruchej zonule Zinn.

Aby zbadać decentrację wieloogniskowych IOL, Negishi i wsp. przeprowadzili symulację optyczną z Array (AMO), refrakcyjną IOL, która była wcześniejszym modelem ReZoom (AMO). Ocenili efekty decentracji do 1,0 mm monofokalnej IOL i Array, która jest refrakcyjną, wieloogniskową IOL. Oceniali efekty w zależności od widoczności pierścienia Landolta przy użyciu modeli oka. Mimo, że zaobserwowano spadek kontrastu przy decentracji 1,0 mm, możliwe było rozróżnienie pierścieni Landolta i nie wystąpiło istotne pogorszenie funkcji wzrokowej. W doniesieniach o przypadkach klinicznych Hayashi i wsp. stwierdzili, że gdy Array był stosowany przy decentracji przekraczającej 0,7 mm, pogarszało się widzenie do dali, ale nie było korelacji między decentracją a widzeniem do bliży. Jednakże, ponieważ nie ma doniesień o skutkach decentracji na obecnie stosowanych wieloogniskowych IOL, uważamy, że bardzo ważne jest zbadanie tych efektów.

Do tej pory ocenialiśmy wydajność IOL za pomocą modeli oczu, aby wykonać symulacje optyczne z wieloogniskowymi IOL . W tym badaniu, użyliśmy symulacji optycznych z modelami oczu, aby obiektywnie ocenić efekty decentracji obecnie używanych wieloogniskowych IOLs. Oceny były oparte na wizualizacji rzeczywistych obrazów bliskich i pomiarach funkcji przeniesienia modulacji (MTF). MTF jest uważana za efektywną metodę oceny właściwości optycznych. W przeszłości również Kawamorita i Uozato przedstawili ocenę jednoogniskowej IOL i Array, która jest refrakcyjną wieloogniskową IOL. Przeprowadzona przez nas ocena nie była sprzeczna z wynikami klinicznymi; dlatego uważaliśmy, że MTF jest skuteczna w ocenie funkcji wzrokowej.

Metody eksperymentalne

W niniejszym badaniu oceniano 4 typy wieloogniskowych IOL: dyfrakcyjne ReSTOR SA60D3 (Alcon) i TECNIS Multifocal ZM900 (AMO) oraz refrakcyjne ReZoom (AMO) i SFX-MV1 (Hoya). Moce addytywne w bliży wieloogniskowych IOL wynosiły +4,0 dpt dla ReSTOR, +4,0 dpt dla ZM900, +3,5 dpt dla ReZoom i +3,0 dpt dla SFX-MV1 (ryc. 1). Ponadto moce 4 typów IOLs były jednolite na poziomie +20,0 dpt.

Zgodnie z przepisami ISO (ISO 11979-2), użyliśmy automatycznego urządzenia do pomiaru IOL (Optispheric IOL, produkowanego przez Trioptics GmbH) do pomiaru MTF, który wskazuje na właściwości optyczne IOL (rys. 2a). Jako wskaźnika użyliśmy wykresu United States Air Force (rys. 2b). Wysokiej klasy soczewka przekaźnikowa zbiera ten obraz i ogniskuje go na chipie kamery o wysokiej rozdzielczości ze sprzężeniem ładunkowym. Profil intensywności celu jest skanowany elektronicznie zarówno w kierunku radialnym jak i stycznym. Dane są zbierane i przy użyciu techniki transformaty Fouriera obliczany jest współczynnik MTF, który jest wyświetlany na monitorze komputera w czasie rzeczywistym. Oprogramowanie oblicza i wyświetla wartość MTF przy wybranych częstotliwościach przestrzennych.

W tym eksperymencie, użyliśmy 3-mm model źrenicy (apertury), ustawiliśmy IOL w modelach oczu, a następnie zmierzyliśmy dalekie i bliskie MTF z IOL poziomo przesuniętym 0, 0.25, 0.5, 0.75 i 1.0 mm od centrum. Widzenie do dali odbywało się na odległość 5 m, a do bliży na optymalną ogniskową (ReSTOR, ZM900: 30 cm; ReZoom: 35 cm; SFX-MV1: 40 cm) każdej IOL. Doświadczony badacz przeprowadził wszystkie pomiary MTF, wykonał kilka pomiarów (co najmniej dwukrotnie) i potwierdził, że uzyskano podobne wartości.

Do symulacji rzeczywistego obrazu widzenia bliskiego wykorzystaliśmy opracowane przez nas modele oka (rys. 3) . Struktura modelu oka składała się z modelowej rogówki, modelowej źrenicy (apertury) oraz korpusu głównego. Stworzyliśmy i używaliśmy 3-mm model źrenicy przesunięty 0, 0.5 i 1.0 mm od centrum modelu oka, gdzie ustawiona była IOL. Włożyliśmy modelową źrenicę z dołączonym IOL do głównego korpusu, wypełniliśmy go wodą, zainstalowaliśmy rogówkę na jego przedniej powierzchni i podłączyliśmy kamerę charge-coupled device (Artray Inc.) do jego tylnej powierzchni. Modelowa rogówka miała moc refrakcyjną 38,4 dpt i aberrację rogówki 0,12 µm. Odległość od wierzchołka rogówki do powierzchni IOL wynosiła około 6,0 mm, a odległość od wierzchołka rogówki do tylnej powierzchni modelu oka wynosiła 11,5 mm.

Używając znaków z gazety jako indeksu, badaliśmy rzeczywiste efekty decentracji. W metodzie pomiarowej ustawiliśmy ostrość kamery na punkt oddalony o 5 m od indeksu. Następnie wykonaliśmy zdjęcie w optymalnej dla każdego IOL odległości od kamery do indeksu.

Wyniki

Niedaleki MTF

Rysunek 4 pokazuje bliski MTF (50 cykli/mm) przy każdej decentracji IOL w zakresie 0-1,0 mm. Tabela 1 przedstawia wartości pomiarowe MTF przy 50 cyklach/mm dla każdej IOL. Bliski MTF dyfrakcyjnego ReSTOR zmniejszał się wraz ze wzrostem decentracji i zmniejszył się najbardziej przy decentracji 1.0 mm. Bliski MTF dyfrakcyjnego ZM900 zmniejszył się nieznacznie, począwszy od decentracji około 0,5 mm, ale względna zmiana była niewielka. Jeśli chodzi o bliski MTF refrakcyjnych ReZoom i SFX-MV1, nie zaobserwowaliśmy dużego spadku bliskiego MTF spowodowanego decentracją.

Widoczność znaków z gazety

Rysunek 5 pokazuje symulacje widoczności znaków z gazety, gdy IOL były zdecentrowane 0, 0.5 i 1.0 mm. Kiedy użyliśmy ReSTOR, znaki stały się nieco bardziej rozmyte przy decentracji 0,5 mm niż przy decentracji 0 mm. Przy decentracji 1.0 mm, stopień rozmycia stał się większy i znaki stały się trudne do rozróżnienia. Gdy używaliśmy ZM900 przy decentracji 0,5 i 1,0 mm, kontrast znaków gazetowych nieznacznie się zmniejszył, ale nie na tyle, by wpłynąć na widoczność. Gdy zastosowaliśmy ReZoom i SFX-MV1, decentracja nawet 1,0 mm nie miała prawie żadnego wpływu na widoczność znaków gazetowych.

Daleki MTF

Rysunek 6 przedstawia dalekie wartości MTF (50 cykli/mm) dla każdej decentracji IOL w zakresie 0-1,0 mm. Tabela 2 przedstawia wartości pomiarowe MTF przy 50 cyklach/mm dla każdej IOL.

Gdy użyliśmy ReSTOR, wystąpiło odwrotne zjawisko, w którym daleki MTF wzrastał wraz ze wzrostem decentracji: daleki MTF przy 50 cyklach/mm wynosił 0,45 przy decentracji 0 mm i 0,52 przy decentracji 1,0 mm. W przypadku ZM900, daleki MTF zmniejszał się stopniowo wraz ze wzrostem decentracji.

W przypadku ReZoom, daleki MTF zmniejszał się znacznie przy decentracji 1,0 mm. W przypadku SFX-MV1, daleki MTF zmniejszył się znacznie przy decentracji 0,75 mm.

Dyskusja

W tym badaniu, użyliśmy modeli oczu do obiektywnej oceny efektów decentracji wieloogniskowej IOL. Określiliśmy ilościowo wpływ decentracji na funkcje wzrokowe poprzez pomiar MTF, wskaźnika właściwości optycznych. Ponadto, ocenialiśmy bliskie obrazy poprzez widoczność postaci z gazet, ponieważ są one znane w życiu codziennym, i wszechstronnie zbadaliśmy, jak bardzo rzeczywisty efekt może być oczekiwany.

Dla dyfrakcyjnego ReSTOR, bliski MTF miał tendencję do zmniejszania się, ale daleki MTF miał tendencję do poprawy wraz ze wzrostem decentracji. W szczególności, znaki gazetowe stały się trudne do rozróżnienia przy decentracji 1.0 mm. ReSTOR ma strukturę dyfrakcyjną od centrum do promienia 3.6 mm, a jego obwód ma strukturę monofokalną dla widzenia na odległość. Ponadto, ReSTOR jest również zaprojektowany w taki sposób, że siatka dyfrakcyjna w centrum części dyfrakcyjnej zmniejsza się w kierunku peryferii w celu skupienia światła dla widzenia na odległość (struktura apodyzowana). W konsekwencji, kiedy decentracja jest wytwarzana, mała część obszaru dyfrakcyjnego w pobliżu centrum (główny obszar dla bliskiego widzenia) jest używana (rys. 7). W miarę jak decentracja staje się coraz większa, wykorzystywana jest większa część jednoogniskowego obszaru peryferyjnego. Ponieważ obszar jednoogniskowy jest przeznaczony do widzenia na odległość, wzrasta MTF dla dali, a ponieważ wykorzystanie obszaru dyfrakcyjnego dla widzenia bliskiego zmniejsza się odpowiednio, zmniejsza się MTF dla bliży. Dlatego sądziliśmy, że decentracja tej soczewki łatwo wpływa na widzenie z bliska. W przypadku dyfrakcyjnej ZM900, bliskie i dalekie MTF stopniowo malały wraz ze wzrostem decentracji. W symulacji postaci w gazecie, kontrast nieznacznie się zmniejszył, ale nie na tyle, aby wpłynąć na zdolność rozróżniania postaci. W przypadku ZM900 cała powierzchnia części optycznej ma strukturę dyfrakcyjną, która dzieli padające światło równo na dwa punkty ogniskowe, jeden dla widzenia na odległość i jeden dla widzenia z bliska. Dlatego w tej symulacji decentralizacja w najmniejszym stopniu wpłynęła na widzenie bliskie (rys. 7). Ponadto, wpływ decentracji na widzenie dalekie i bliskie był taki sam i zaobserwowaliśmy niewielki spadek MTF dla widzenia dalekiego i bliskiego począwszy od decentracji 0.75 mm. Sądziliśmy, że jednym z czynników powodujących ten spadek mógł być wzrost aberracji spowodowany zwiększonym widzeniem peryferyjnym części optycznej. Jednakże, ponieważ ZM900 ma strukturę asferyczną, wynik może się zmienić, jeśli średnica źrenicy jest większa niż 3 mm użyte w tym eksperymencie; dlatego uważamy, że ostrożność może być konieczna.

Ale nie zostały one uwzględnione w obecnym badaniu, istnieją dwa inne modele dyfrakcyjnych wieloogniskowych IOL: ReSTOR SN6AD1 (Alcon) i TECNIS Multifocal ZMB00 (AMO). ReSTOR SN6AD1, który jest w zasadzie tą samą konstrukcją co poprzednie modele, jest asferyczny i ma moc addytywną +3.0 dpt. Uważa się, że średnica źrenicy ma wpływ na wydajność, ale oczekuje się, że MTF będzie znacznie niższy z powodu ugięcia. TECNIS Multifocal ZMB00 jest jednoczęściową soczewką akrylową o strukturze optycznej identycznej jak ZM900. Tak więc wpływ ugięcia będzie prawdopodobnie taki sam jak w przypadku ZM900. Te IOL będą wymagały dodatkowych badań w przyszłości.

W przypadku refrakcyjnych ReZoom i SFX-MV1, nawet gdy decentracja wynosiła 1,0 mm, bliski MTF nie zmienił się znacznie i nie było prawie żadnych zmian w widoczności znaków gazetowych. Jednakże daleki MTF wyraźnie się zmniejszył począwszy od decentracji 1.0 mm dla ReZoom i 0.75 mm dla SFX-MV1. W przypadku dyfrakcyjnego ReZoom i SFX-MV1 nastąpiło zmniejszenie obszaru strefy wykorzystywanej do widzenia dali w centrum źrenicy, a zwiększenie obszaru strefy 2 wykorzystywanej do widzenia bliży i obszaru strefy 3 wykorzystywanej do widzenia dali (rys. 7). Proporcje średnicy źrenicy zajmowane przez strefy widzenia do dali i do bliży nie różniły się znacząco. Można więc uznać, że wpływ decentracji na widzenie bliskie jest niewielki. Jednak, gdy decentracja stała się tak duża jak 0,75 i 1.0 mm, daleki MTF mógł ulec zmniejszeniu, ponieważ położenie strefy bliskiego widzenia znajdowało się w pobliżu środka źrenicy. Ponadto, choć nie badano tego w tym badaniu, gdy granice stref widzenia do dali i do bliży znajdują się w centrum źrenicy, istnieje duże prawdopodobieństwo zwiększenia olśnienia, dlatego może być konieczna ostrożność.

W oparciu o te wyniki rozważymy teraz następujące problemy w przypadkach klinicznych. Normalnie operacja jest zakończona bez komplikacji, a kiedy IOL jest wprowadzony do torebki, decentracja może zmniejszyć się do około 0,3 mm . W tej symulacji, zaobserwowaliśmy prawie żadnych zmian w dalekich i bliskich MTF dla wszystkich wieloogniskowych IOL przy decentracji 0,25 mm, dlatego decentracja około 0,3 mm może nie mieć żadnego wpływu na funkcje wzrokowe. Jeśli w torebce przedniej dojdzie do rozdarcia i zostanie do niej wprowadzona IOL, decentracja może wynieść około 0,5 mm. Dla obu refrakcyjnych i dyfrakcyjnych IOL w tej symulacji, decentracja około 0,5 mm nie powinna powodować znacznego pogorszenia właściwości optycznych; dlatego stopień decentracji z powodu torebki przedniej jest prawdopodobnie w akceptowalnym zakresie.

Przy decentracjach około 0,75-1,0 mm, pogorszenie właściwości optycznych nie występuje łatwo, gdy stosowana jest fiksacja in-the-bag. Decentracja może wystąpić w wyniku mocowania poza torebką, mocowania IOL szwem lub kruchą zonulą Zinna. Przy decentracji 1,0 mm jest różnica między pogorszeniem właściwości optycznych IOL, a wpływem, jaki to ma na funkcje wzrokowe, nie da się uniknąć. Dlatego z reguły IOL wieloogniskowe powinny być wprowadzane do torebki po wszczepieniu, a stopień decentracji spowodowany rozdarciem torebki przedniej będzie prawdopodobnie w akceptowalnym zakresie. Istnieje kilka problemów związanych z tym badaniem. Po pierwsze, centralne działania w ludzkim oku, takie jak widzenie obuoczne, adaptacja i dominacja oczna nie były brane pod uwagę, ponieważ badanie było eksperymentem in vitro z użyciem modeli oka. Z modelem oka, tylko system optyczny był symulowany. Dlatego obrazy wizualne z ludzkiego oka i obrazy z modelu oka niekoniecznie są spójne, a obrazy wizualne z ludzkiego oka mogą być ostrzejsze niż obrazy z modelu oka. Model oka można jednak uznać za przydatny do porównywania wewnętrznych właściwości IOL, ponieważ nie posiada on centralnych działań. Ponadto, jeśli model oka nie wpływa na właściwości optyczne, wydaje się również mało prawdopodobne, że ludzkie oczy miałyby efekty kliniczne.

Ponadto, w tym badaniu zbadaliśmy wpływ na decentrację tylko na osi poziomej. Nie badaliśmy decentracji na osi pionowej lub skośnej. Jednakże, ponieważ IOLs w tym badaniu miały strukturę koncentrycznych okręgów z centrum promieniujących w kierunku peryferii, uważamy, że możliwość w dużej mierze przekrzywionych wyników z powodu kierunku decentracji jest niewielka.

Co więcej, badaliśmy tylko efekty decentracji i nie ocenialiśmy pochylenia IOLs. W praktyce klinicznej decentracja i pochylenie często występują jednocześnie, dlatego chcielibyśmy kontynuować tworzenie nowych modeli doświadczalnych i badanie tych zjawisk. W tym badaniu, obiektywnie oceniliśmy efekty decentracji wieloogniskowych IOLs poprzez symulacje dalekich i bliskich MTFs, oraz bliskich obrazów przy użyciu dwóch typów modeli oczu. Efekty decentracji miały różne charakterystyki dla każdej wieloogniskowej IOL, ale spodziewamy się, że wpływ na funkcje wzrokowe będzie minimalny, gdy decentracja wynosi 0,75 mm lub mniej. Symulacja z wykorzystaniem modelu oka wydaje się być przydatna do obiektywnej oceny IOLs.