Corneal ablation and contact lens fittingphysical, optical and visual implications

Resumen

Hemos desarrollado diferentes implementaciones de instrumentos, procedimientos de medida y algoritmos de procesado para el estudio con precisión de la geometría de superficies ópticas. Estas técnicas incluyen topografía corneal por disco de Plácido, imagen de Scheimpflug y profilometría. La tecnología ha demostrado ser útil para medir tanto ojos artificiales como reales, para medir los cambios inducidos por distintos procedimientos (cirugía refractiva y ajuste de lentes de contacto), y para obtener diferencias en la forma de la superficie anterior y posterior entre condiciones, así como las consecuencias estos cambios. Hemos desarrollado un aberrómetro compacto y versátil por Trazado de Rayos Laser, para medir las aberraciones ópticas del ojo con amplio rango dinámico y parámetros configurables (por ejemplo el número de muestras en el frente de onda o su distribución espacial). Ha mostrado ser capaz de alcanzar los exigentes requisitos de la medida de lentes de contacto multifocales con altas aberraciones. El sistema ha sido validado (frente a medidas de frente de onda corneal en ojos artificiales). El sistema también ha sido aplicado en otros estudios del Laboratorio de Óptica Visual y Biofotónica (Llorente et al., 2004a) (Llorente et al., 2007). Hemos descrito las propiedades ópticas y propiedades de ablación de dos materiales poliméricos (PMMA y Filofocon A) para su uso en investigación en cirugía refractiva. La ausencia de artificios de ablación (islas centrales), un menor número de pulsos de incubación, una menor dependencia del umbral de ablación con el número de pulsos, y una buena correspondencia entre el coeficiente de absorción efectivo y el coeficiente de absorción estimado de medidas espectroscópicas, hacen del Filofocon A un material más apropiado que el PMMA para modelos experimentales en cirugía refractiva y para calibración de laseres clínicos. La descripción detallada de las propiedades físicas obtenidas con un laser de laboratorio es esencial para interpretar los resultados de los láseres clínicos y para realizar estimaciones correctas en tejido corneal. Hemos desarrollado (y posteriormente evolucionado) un modelo experimental para el estudio de los efectos físicos involucrados en la cirugía refractiva que nos ha permitido medir experimentalmente los patrones de ablación de cuatro plataformas clínicas diferentes. Los resultados de tres algoritmos estado del arte se compararon con otro de una generación previa. Concluimos que los nuevos algoritmos han sido optimizados para reducir la inducción de aberración esférica en materiales no biológicos, aunque la aberración esférica inducida aún no es despreciable (hasta 0.7 micras). Hemos mostrado que los efectos físicos pueden explicar la mayor parte del incremento en asfericidad que se encuentra en la práctica clínica (el 70 % en un láser no optimizado). Sin embargo, y particularmente para altas aberraciones, aún hay espacio para efectos biomecánicos. Hemos desarrollado un procedimiento para medir experimentalmente los efectos de eficiencia del laser en superficies curvas (pérdidas de eficiencia del centro a la periferia de la superficie ablacionada) y también para estimar los efectos en cornea. Hemos encontrado importantes diferencias entre plataformas laser, dependiendo de su fluencia (6.5% para 120 mJ/cm2 a 2.5 mm del apex corneal y prácticamente despreciable para 400 mJ/cm2). Hemos encontrado factores de corrección para estos efectos, para ser aplicados en las unidades clínicas. Se ha desarrollado un modelo híbrido plástico-porcino para la calibración de sistemas de imagen del segmento anterior. Este ojo artificial muestra propiedades corneales (scattering, índice de refracción) comparables a la de los ojos vivos, pero sin variabilidad biológica. El modelo se ha usado para validar el sistema Pentacam de imagen de Sheimpflug, nominalmente corregido para distorsión óptica y geométrica. Hemos probado que este instrumento puede medir de forma fiable los cambios en la superficie corneal posterior que se produzcan durante la cirugía refractiva. Hemos encontrado que la cirugía refractiva LASIK miópica (de -1.25 a -8.5 D) no induce cambios sistemáticos a largo plazo en la forma de la superficie corneal porterior. Las diferencias sólo fueron significativas un día tras la cirugía, y los cambios fueron más relevantes en el meridiano vertical que en el horizontal. La cantidad de cambios individuales en la cornea posterior (radio de curvatura) en pacientes post-LASIK es similar a la que se encuentra en ojos normales. Los ojos derechos e izquierdos muestran cambios similares, lo que sugiere que existen mecanismos fisiológicos actuando de la misma forma bilateralmente. Hemos desarrollado otro modelo in-vitro basado en ojos artificiales de plástico, orientado al estudio de la adaptación de lentes de contacto blandas. El modelo permite eliminar la variabilidad biológica asociada con ojos reales (movimientos y descentramientos de la lente, aberraciones oculares) a la vez que simula una situación más realista que una medida convencional en inmersión. Usando este modelo in-vitro encontramos que las lentes blandas monofocales esféricas reducen la aberración esférica total. Las lentes multifocales están afectadas por conformidad a la cornea y efectos de adaptación que cancelan las propiedades multifocales del diseño, aunque las prestaciones ópticas finales dependen de la potencia de la lente, que determina su espesor central. Hemos usado medidas de aberraciones en ojos reales adaptadas con lentes de contacto semirrígidas (RGP) y encontramos que esta herramienta es útil para comprender el proceso de adaptación de lentes, y el acoplamiento óptico que se produce entre la óptica de la lente y la óptica del ojo. Demostramos que las lentes de contacto RGP pueden mejorar significativamente la óptica natural del ojo. La óptica interna y la flexión de la lente pueden imponer límites a esta compensación. Encontramos una marcada correlación entre las aberraciones corneales y oculares de cada ojo medidas con y sin lente semirrígida (RGP). Fuimos capaces de medir las aberraciones de la lente de lágrima en lentes de contacto RGP, y describimos un efecto compensatorio en la aberración esférica totla. Esta metodología proporciona un análisis preciso de la adaptación de lentes de contacto en ojos individuales y puede ayudar a elegir los mejores parámetros de la lente para mejorar la óptica de ojos individuales. En ojos adaptados con lentes de contacto blandas encontramos que las aberraciones oculares juegan un papel determinante en los resultados ópticos y visuales. Las correlaciones entre las aberraciones del ojo desnudo y las del mismo ojo con lentes de contacto blandas son mayores que en el caso de las lentes RGP, indicando un mayor grado de conformidad a la cornea. La gran mayoría de las lentes de contacto indujeron aberración esférica negativa, tanto las monofocales como las multifocales. Sin embargo, las aberraciones naturales del ojo tienen un impacto mayor en las prestaciones ópticas finales de las lentes blandas, y de hecho hemos encontrado que la conformidad a la cornea hace que las lentes negativas multifocales que hemos medido se comporten esencialmente como lentes monofocales. Encontramos que algunas de las lentes positivas (con el mismo diseño) expanden la profundidad de foco, lo que confirma hallazgos previos del modelo invitro. El mayor espesor (menor conformidad) de las lentes positivas puede explicar por qué estas lentes pueden preservar su diseño multifocal más que las lentes negativas de adición central similar. Para mejorar los diseños actuales, es fundamental comprender el acoplamiento de la óptica ocular a las lentes de contacto. Los experimentos de agudeza visual a través de foco confirman la falta de multifocalidad inducida en la mayoría de los diseños multifocales probados en este estudio. En general, las tendencias de las medidas ópticas (Strehl) y visuales (agudeza visual) a través de foco tienen una buena correspondencia. Las simulaciones retinianas basadas en medidas físicas (objetivas) pueden explicar variaciones sutiles en las respuesta visual a través de foco. La falta de multifocalidad de la mayoría de los diseños, así como la profundidad de foco expandida en algunos de los sujetos y condiciones pueden ser explicados desde un punto de vista óptico, sin necesidad de invocar efectos neuronales o falta de adaptación visual de sujetos individuales a ciertaas lentes de contacto multifocales. Las superficies oculares y oftálmicas se describen a menudo en términos de cónicas. Los radios y asfericidades de cónicas ajustadas están bien correlacionadas. Nosotros hemos encontrado esta correlación en datos de elevación corneal experimentales procedentes de videoqueratoscopía (Atlas, Zeiss) y topografía de Scheimpflug (Pentacam, Oculus), en datos de profilometría de no contacto sobre lentes artificiales, y en simulaciones. El efecto es una característica de cónicas ajustadas a datos experimentales, y no restrigido a ningún sistema de medida o procedimiento de ajuste. Cuando se describen los resultados de ajustes a cónicas, como los que se usan rutinariamente en biometría ocular, el radio y la asfericidad no se pueden tratar separadamente: una descripción correcta de la superficie necesita ambos parámetros. Proponemos el uso del test estadístico MANOVA para estudiar cambios corneales. Este test incrementa la sensibilidad del análisis, detectando cambios unas 4 veces más pequeños que en un análisis separado de R y Q.