Estudio comparativo de la calidad óptica de lentes intraoculares de

Gaceta
A rt íc u lo c i e nt í f ic o
Estudio comparativo
de la calidad óptica de
lentes intraoculares
de diseño esférico
y asférico
en presencia
de errores de
inclinación
Actualmente, las lentes intraoculares (LIOs)
monofocales implantadas pueden ser de diseño
esférico o asférico. Durante la cirugía de cataratas,
es posible que la LIO quede con un cierto grado de
inclinación lo que puede comprometer la calidad
visual del paciente.
El objetivo de este estudio es comparar en un
modelo de ojo artificial (in-vitro), la calidad de las
imágenes formadas por dos LIOs monofocales en
presencia de errores de inclinación y también en
función del tamaño pupilar. Las dos lentes están
fabricadas con el mismo material pero tienen
diferente diseño óptico: una es esférica y la otra
asférica. La comparación entre ambas lentes
nos ha permitido establecer qué diseño es más
robusto frente a errores de inclinación y cual nos
proporciona mejor calidad óptica en función del
tamaño pupilar.
PALABRAS CLAVE
Lente intraocular; diseño esférico; diseño asférico; MTF; PSF; aberración esférica; test pinhole; test USAF; frecuencia espacial.
INTRODUCCIÓN
Joaquim Fernández Rosés1
Graduado en Óptica y Optometría, Coleg. 22.377
Fidel Vega2
PhD en Ciencias Físicas
Francisco Alba-Bueno2
MSc. Coleg. 14.566
María S. Millán2
PhD en Ciencias Físicas
Departamento de Biometría y Superficie Ocular
Centro de Oftalmología Barraquer
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Grupo de Óptica Aplicada y Procesado de Imagen (GOAPI)
Facultat d’Òptica i Optometria, Universitat Politècnica de Catalunya
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A medida que envejecemos las proteínas que
constituyen el cristalino empiezan a descomponerse y este se vuelve progresivamente más
opaco formándose lo que se conoce como catarata. Actualmente, su tratamiento se realiza
mediante la extracción del cristalino opacificado y su sustitución por una lente intraocular
(LIO). Esta intervención quirúrgica permite
mejorar la calidad visual del paciente, así como
cambiar su estado refractivo.
En el mercado, existe una gran variedad de diseños de LIOs siendo las lentes monofocales
las más implantadas en el sistema público de
salud. La geometría de las superficies de estas lentes pueden ser esféricas o asféricas. La
córnea humana promedio induce en el sistema óptico ocular una aberración esférica (AE)
positiva de aproximadamente 0.3µm6 (valor
del coeficiente de Zernike para una pupila de
aproximadamente 6 mm). Las LIOs con superficies esféricas tienen el inconveniente de que
también inducen AE positiva, que se suma a la
corneal deteriorando la calidad óptica del sistema completo. Por este motivo se han desarrollado las LIOs asféricas que presentan geometrías de superficie asféricas diseñadas para
compensar, parcial o totalmente, la AE inducida por la córnea mejorando la calidad óptica
del sistema ocular1.
Sin embargo, las ventajas de las LIOs asféricas
se han cuestionado en presencia de descentramiento y/o inclinación una vez implantadas2.
Son diversos los factores que determinan las
precisión final con la que se implanta una LIO.
Entre otros podemos mencionar: la propia habilidad del cirujano, el diseño de la LIO, en
particular la eficacia y fiabilidad del diseño de
sus hápticos, su potencia, etcétera. De acuerdo con el estudio realizado por Eppig y colaboradores3 el rango de valores para errores de
inclinación de las LIOs tras la cirugía van de
0,20º a 8,17º con un valor medio (y desviación
estándar) de 2,62±1,14º.
El objetivo de este estudio es comparar en un
modelo de ojo artificial (in-vitro), la calidad de
las imágenes formadas por dos LIOs monofocales, una de diseño esférico y otra de diseño
asférico, en presencia de errores de inclinación
y en función del diámetro pupilar.
MÉTODOS
Las medidas experimentales se realizaron en
un banco óptico del Grupo de Óptica Aplicada y Procesado de Imagen (GOAPI, Facultad
de Óptica y Optometría de Terrassa). El diseño de este banco ha sido descrito con detalle
previamente4 y consiste en un dispositivo que
cumple la norma ISO-11979 [EN ISO 1999] con
la excepción de la córnea artificial. La norma
ISO sugiere que la lente que hace la función de
córnea artificial sea una lente libre de aberraciones. En nuestro caso, como el objetivo es
comparar el rendimiento de LIOs esféricas y
asféricas, se utilizó una córnea que induce en el
Figura 1.
Esquema del banco óptico utilizado para las medidas.
sistema óptico una AE similar a la de la córnea
humana promedio4.
Los elementos principales del banco óptico son
tal y como se observan en la Figura 1.
a) Un sistema de iluminación que consta de un
LED verde, el test objeto y un colimador. El
test objeto fue un test pinhole y un test de
resolución USAF.
b) Un modelo de ojo con pupila de entrada, una
córnea artificial que, como hemos mencionado, induce una AE similar a la del ojo humano, y una cubeta transparente que contiene la LIO inmersa en solución salina.
c) Finalmente, un sistema de captación de
imagen que consiste en un microscopio de
10 aumentos junto con una cámara CCD de
8 bits para captar las imágenes que forma el
ojo artificial con la LIO.
Para el análisis de la calidad óptica se utilizó la Función de Transferencia de Modulación (MTF por sus siglas en inglés) obtenida
a partir del análisis de la imagen formada por
el modelo de ojo. Como objeto para estas medidas se utilizó el test pinhole. Esta función
representa el contraste obtenido en la imagen
para cada frecuencia espacial contenida en el
objeto, tal como esquemáticamente se indica
en la Figura 2.
Las lentes utilizadas en este trabajo son la
lente esférica SN60AT y la lente asférica SN60WF, dos modelos fabricados por el laboratorio Alcon-Novartis. Se trata de dos lentes
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Figura 2.
Concepto de MTF de un
sistema óptico. Variación
del contraste de una imagen (izquierda) en función
de la frecuencia espacial
del objeto (derecha).
Figura 3.
Comparación de las imágenes del pinhole, con pupila
de 3 mm, para la LIO esférica (arriba), y para la LIO asférica (abajo), con diferentes
grados de inclinación.
monofocales que únicamente difieren en el
diseño de sus superficies, siendo iguales en potencia dióptrica (+20D) y material (AcrySof).
Las características principales de estas lentes
se resumen en la tabla 1.
Las medidas se realizaron obteniendo las imágenes del test pinhole con inclinaciones de las
LIOs entre ±8º en intervalos de 1º. Además,
estas medidas se realizaron con dos tamaños
pupilares (de 3 mm y 4.5 mm) para ver como
afectaba este parámetro en la calidad de las
imágenes formadas.
RESULTADOS
En las Figuras 3 y 4 se muestran los resultados obtenidos al registrar las imágenes formadas por las
LIOs esférica y asférica con pupilas de 3 y 4.5 mm
respectivamente. Para que sean más fáciles de visualizar, las imágenes se representan en escala logarítmica y con un mapa de color. Como las lentes
son simétricas, sólo se muestran las imágenes con
inclinaciones negativas.
En las Figuras 3 y 4 se puede observar que tanto
para la LIO esférica como para la LIO asférica,
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la calidad de la imagen empeora significativamente cuanto mayor es el grado de inclinación
de la LIO (que como se ha mencionado, representa la PSF del ojo modelo con la LIO).
Para una pupila de 3mm (Figura 3), si se observa las imágenes con ambas lentes en condiciones ideales, perfectamente centradas y sin
error de inclinación, se puede apreciar que la
LIO asférica proporciona una imagen con mayor calidad que en el caso de la LIO esférica
(esta tiene mayor “halo” alrededor del punto,
por tanto una imagen con mayor aberración).
En la LIO esférica se observa un cierto desenfoque ligado a la presencia de AE (la suma de la
AE positiva de la cornea más la propia LIO). En
ambas lentes, en máxima inclinación se observa claramente la aberración en coma.
En el caso de las imágenes obtenidas con una
pupila de 4.5 mm ( Figura 4) hay que tener en
cuenta que en estas condiciones la AE corneal es de mayor magnitud y por tanto más
importante debe ser el poder compensar esta
aberración para obtener imágenes de mejor
calidad. De hecho con las LIOs sin inclinación
Tabla 1.
Especificaciones técnicas de las LIOs utilizadas.
Lente
Índice de
refracción
Número
de Abbe
Diámetro
Diseño
Diámetro
total
Potencia
SA
A-Constante
SN60AT
1,55
37
6mm
Esférico
biconvexo
asimétrico
13mm
20D
Positiva
118,40
SN60WF
1,55
37
6mm
Asférico
13mm
20D
-0.20μm
118,70
Figura 4.
Comparación de las imágenes del pinhole, con
pupila de 4,5mm, para
la LIO esférica (arriba), y
para la LIO asférica (abajo), con diferentes grados
de inclinación.
observamos que la LIO asférica nos proporciona una imagen de mayor calidad que la LIO
esférica, por lo tanto es razonable concluir
que la compensación parcial de la AE corneal
por parte de la LIO asférica, ahora sí tiene un
efecto positivo sobre la calidad de la imagen.
A partir de las imágenes del pinhole se obtuvieron
las MTFs, para diferentes frecuencias espaciales.
Con el fin de mostrar estos resultados en una nomenclatura más próxima a la práctica clínica se
ha convertido la frecuencia espacial en ciclos/mm
a frecuencia en ciclos/grado (cpg) ya que de esta
manera es posible relacionarlo con una escala de
agudeza visual (AV). En nuestro modelo de ojo 29
ciclos/mm y 59 ciclos/mm corresponden a 15 y 30
ciclos/grado (AV decimales de 0,5 y 1.0).
En las gráficas de la Figura 5 se muestran los
valores de la MTF a las frecuencias indicadas
arriba, que se obtiene con cada lente en función de la pupila y el valor de la inclinación.
DISCUSION
Una mayor MTF indica una calidad de imagen
mejor y por tanto permite determinar de manera cuantitativa cuál de las dos LIOs (esférica
o asférica) tiene mejor calidad óptica. Además,
si la MTF varía poco en función del error de inclinación de La LIO se puede concluir que esa
lente es robusta frente a este problema.
En el caso de la lente esférica para ambas pupilas y considerando el rango total de inclinaciones
estudiadas (±8º), se observa (Figura 5) que las
MTFs de la LIO esférica tienden a variar menos en
función de la inclinación que en el caso de la LIO
asférica que presenta un máximo más marcado
cuando no hay error de inclinación. Esto significa
que la LIO esférica es más robusta. Sin embargo,
considerando el rango promedio de inclinación
más habitual (2.62±1.14º) encontrado por Eppig
y colaboradores3 nuestros resultados muestran
que ambas lentes son de hecho bastante robustas, proporcionando la lente asférica una mejor
calidad óptica (mayor MTF) especialmente con
pupila grande de 4.5 mm. Por tanto, es probable
que la ventaja en calidad óptica de la LIO asférica
respecto a la esférica se manifieste en pacientes
con pupilas grandes. Este resultado tiene sentido
porque al aumentar la pupila, mayor es la aberración esférica del frente de ondas que incide sobre
la LIO. Con la LIO asférica, hay una compensación
de esta aberración y se mejora la calidad de la
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La LIO de diseño esférico, pese a no tener tan
buena calidad óptica en condiciones de centrado óptimo (especialmente para pupilas a
partir de 4,5mm), es más robusta que la lente
asférica en lo que a errores de inclinación se
refiere ya que mantiene una calidad de imagen muy similar incluso en condiciones de
máxima inclinación (8º). En cambio la LIO
asférica cuando esta centrada y sin inclinación tiene una calidad superior, pero que se
degrada rápidamente (es menos robusta). No
obstante en el rango de inclinaciones encontrado en pacientes tras la cirugía ambas lentes
presentan una robustez comparable.
Estos resultados pueden ser un factor más a tener en cuenta por parte el cirujano a la hora de
decidir el tipo (esférico o asférico) de la LIO a
implantar.
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Cataract Refract Surg; 35:1091-100.
Figura 5.
MTFs a 15 cpg (AV de 0.5) y 30 cpg (AV de1.0) obtenidas para pupila de 3 mm
y 4,5 mm para ambas LIOs.
imagen, mientras que la LIO esférica introduce todavía más AE positiva, generando imágenes
de menos calidad y menor MTF.
La conclusión general de este estudio es que
la LIO de diseño asférico tiene mejor calidad
óptica que la LIO esférica cuando ambas están
bien centradas y sin inclinación. Sin embargo
esta mejor calidad es muy leve para pupilas
menores o iguales a 3 mm.
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