Influencia del comportamiento cromático de las lentes intraoculares en la función visual

Abstract

(English) Diffractive multifocal intraocular lens typically uses a hybrid refractive-diffractive design that consist of a high-power refractive base lens and a low-power diffractive profile engraved on one of its surfaces. These lenses are used to provide the pseudophakic eye with sharp vision, at near and far object distances, with a quality that depends on the design of the lens. This sort of lenses shows distinct wavelength dependence compared to purely refractive lenses. The measurements carried out with an eye model on optical bench revealed the asymmetry of energy efficiency distribution between the far and the near focus depending on the wavelength used and the diffraction order involved. In addition, the longitudinal chromatic aberration of the refractive and diffractive components, once combined, can reach different values in either focus depending on the diffraction order involved. The main purpose of this work is to prove whether the spectral behaviour of these lenses is transferred in some way to the visual perception and quality of the patient implanted with diffractive multifocal lenses. After some preliminary tests, it was found that the usual clinical measurement methods were insufficient to address the problem. Therefore, new methods and protocols were designed to assess visual function through high-contrast visual acuity (VA). Spatial and chromatic aspects of visual function were considered by establishing a wide range of viewing distances, light sources with different spectral content, and diverse groups of subjects. To detect the possible effects of this spectral behaviour on the visual function of patients implanted with diffractive intraocular lenses, a method for VA assessment was designed using specific optotypes illuminated, successively, with four LED light sources: one white (W) and three coloured (green (G), red (R), and blue (B)). Additional examinations were performed on monofocal pseudophakic and young phakic observers for the sake of comparison. The results obtained with these two groups at far vision distance revealed significant differences between them: The best VA was obtained with R and W illuminations for the group of young phakics (W VA=-0.104 and R VA=-0.108 logMAR) while it was obtained with W and G illuminations (W VA=-0.012 and G VA=-0.009 logMAR) for the monofocal pseudophakic group. For both groups, the B illumination of the test provided the worst VA (0.258 logMAR both groups). Subsequently, VA was studied in the far and near foci of pseudophakic patients implanted with three types of commercial trifocal intraocular lenses: AT Lisa tri (Carl Zeiss), Finevision (PhysIOL), and Versario (Bausch&Lomb). The results obtained showed a clear imbalance between the far and near VAs in the three groups, worsened by the type of lighting (W, R, G, B). With W light, the clinical results reached a high agreement with the VA prediction calculated from the experimental values of the modulation transfer function obtained with the eye model. At the far focus, better VA was obtained with R illumination (AT Lisa VA=0.1, Finevision VA = 0.13 and Versario VA =0.00) than with B light (AT Lisa VA =0.32, Finevision VA= 0.37 and Versario VA=0.22). On the contrary, in the near focus, better VA was obtained with B illumination (AT Lisa VA =0.21, Finevision VA =0.24 and Versario VA =0.32) than with the R light (AT Lisa VA =0.38, Finevision VA =0.44 and Versario VA =0.55). Additional tests were performed to compensate for the longitudinal chromatic aberration in both foci. They allowed us to demonstrate the crucial impact of the spectral dependence of energy efficiency on the visual acuity. The VA results obtained in patients implanted with diffractive multifocal intraocular lenses were consistent with the energy efficiency distribution curves obtained in the eye model with the same lighting, showing an asymmetry in VA when using monochromatic light in the near and far foci.

(Català) Les lents intraoculars multifocals difractives tenen un disseny híbrid refractiu-difractiu que consisteix en una lent base d'alta potència i un perfil difractiu de baixa potència incorporat en una de les superfícies. Aquestes lents es fan servir per proporcionar a l'ull implantat (pseudofàquic) una visió nítida de lluny i de prop, amb una qualitat que depèn del disseny de la lent. Aquests tipus de lents mostra una dependència singular amb la longitud d'ona en comparació amb les lents purament refractives. Les mesures realitzades al banc òptic amb un model d'ull van revelar les variacions de distribució d'eficiència energètica entre els focus de lluny i de prop segons la longitud d'ona utilitzada i l'ordre de difracció involucrat. A més, l'aberració cromàtica longitudinal dels components refractiu i difractiu pot assolir valors molt diferents a cada focus depenent de l'ordre de difracció que intervé. El propòsit central d'aquest treball és comprovar si el comportament espectral d"aquestes lents es trasllada d"alguna manera a la percepció visual del pacient implantat amb lents multifocals difractives. Després d'unes proves preliminars, es va observar que els mètodes de mesura clínics habituals eren insuficients per abordar el problema. Per això, es van dissenyar nous mètodes i protocols per avaluar la funció visual mitjançant l'agudesa visual (AV) d'alt contrast. Es van considerar aspectes espacials i cromàtics de la funció visual establint un ampli rang de distàncies de visió, fonts de llum amb contingut espectral diferent i diversos grups de subjectes. Per detectar els possibles efectes d'aquest comportament espectral a la funció visual dels pacients implantats amb lents difractives, es va dissenyar un mètode de mesura de l'AV utilitzant uns optotips específics il·luminats, successivament, amb quatre fonts de llum LED: una blanca (W) i tres de color (verd (G) vermell (R) i blau (B)). Per facilitar-ne la comparació, es van realitzar exàmens addicionals en grups d'observadors fàquics joves i pseudofàquics monofocals. Els resultats obtinguts amb aquests dos grups van revelar diferències significatives entre ells: La millor AV llunyana es va obtenir amb il·luminació vermella i blanca del test per al grup de fàquics joves (AV blanc=-0.104 i AV vermell=-0.108 logMAR), mentre que per a el grup de pseudofàquics monofocals va ser amb il·luminació blanca i verda (AV blanc=-0.012 i AV verd=-0.009 logMAR). Per a tots dos grups, la il·luminació blava va proporcionar la pitjor AV (0.258 logMAR en tots dos grups). Posteriorment, es va estudiar l'AV al focus llunyà i al focus proper en pacients pseudofàquics implantats amb tres tipus de lents intraoculars trifocals comercials: AT Lisa tri (Carl Zeiss), Finevision (PhysIOL), i Versario (Bausch&Lomb). Els resultats obtinguts van mostrar als tres grups un clar desequilibri entre les AV llunyanes i properes, agreujat pel tipus d'il·luminació (W, R, G, B). Al focus llunyà, es va obtenir millor AV amb la il·luminació vermella (AT Lisa AV=0,1, Finevision AV= 0,13 i Versario AV=0,00) que amb la blava (AT Lisa AV=0,32, Finevision AV= 0,37 i Versario AV=0,22). Per contra, al focus de prop es va obtenir millor AV amb il· luminació blava (AT Lisa AV=0,21, Finevision AV= 0,24 i Versario AV=0,32) que amb la vermella (AT Lisa AV=0, 38, Finevision AV= 0,44 i Versario AV=0,55). Proves addicionals realitzades per compensar l'aberració cromàtica longitudinal a tots dos focus van permetre demostrar l'efecte determinant de la dependència d'eficiència energètica amb la longitud d'ona, especialment evidents al focus de prop. Els resultats d'AV obtinguts en els pacients implantats amb lents intraoculars multifocals difractives van ser coherents amb les corbes de distribució de l'eficiència energètica obtingudes al model d'ull amb les mateixes il·luminacions, mostrant un desequilibri a l'AV amb llum monocromàtica, als focus de lluny i de prop.

(Español) Las lentes intraoculares multifocales difractivas tienen un diseño híbrido refractivo-difractivo que consiste en una lente base de alta potencia y un perfil difractivo de baja potencia incorporado en una de sus superficies. Estas lentes se utilizan para proporcionarle al ojo implantado (pseudofáquico) una visión nítida de lejos y de cerca, con una calidad que depende del diseño de la lente. Este tipo de lentes muestra una dependencia singular con la longitud de onda en comparación con las lentes puramente refractivas. Las medidas realizadas en banco óptico con un modelo de ojo revelaron las variaciones de distribución de eficiencia energética entre los focos de lejos y de cerca según la longitud de onda utilizada y el orden de difracción involucrado. Además, la aberración cromática longitudinal de los componentes refractivo y difractivo puede alcanzar valores muy distintos en cada foco dependiendo del orden de difracción interviniente. El propósito central de este trabajo es comprobar si el comportamiento espectral de estas lentes se traslada de algún modo a la percepción visual del paciente implantado con lentes multifocales difractivas. Tras unas pruebas preliminares, se observó que los métodos de medida clínicos habituales eran insuficientes para abordar el problema. Por ello, se diseñaron nuevos métodos y protocolos para evaluar la función visual a través de la agudeza visual (AV) de alto contraste. Se consideraron aspectos espaciales y cromáticos de la función visual estableciendo un amplio rango de distancias de visión, fuentes de luz con diferente contenido espectral y diversos grupos de sujetos. Para detectar los posibles efectos de este comportamiento espectral en la función visual de los pacientes implantados con lentes difractivas, se diseñó un método de medida de la AV utilizando unos optotipos específicos iluminados, sucesivamente, con cuatro fuentes de luz LED: una blanca (W) y tres de color (verde (G) rojo (R) y azul (B)). Para facilitar la comparación, se realizaron exámenes adicionales en grupos de observadores fáquicos jóvenes y pseudofáquicos monofocales. Los resultados obtenidos con estos dos grupos revelaron diferencias significativas entre ellos: La mejor AV lejana se obtuvo con iluminación roja y blanca del test para el grupo de fáquicos jóvenes (AV blanco=-0.104 y AV rojo=-0.108 logMAR), mientras que para el grupo de pseudofáquicos monofocales fue con iluminación blanca y verde (AV blanco=-0.012 y AV verde=-0.009 logMAR). Para ambos grupos, la iluminación azul proporcionó la peor AV (0.258 logMAR en ambos grupos). Posteriormente, se estudió la AV en el foco lejano y en el foco cercano en pacientes pseudofáquicos implantados con tres tipos de lentes intraoculares trifocales comerciales: AT Lisa tri (Carl Zeiss), Finevision (PhysIOL), y Versario (Bausch&Lomb). Los resultados obtenidos mostraron en los tres grupos un claro desequilibrio entre las AV lejanas y cercanas, agravado por el tipo de iluminación (W, R, G, B). En el foco lejano, se obtuvo mejor AV con la iluminación roja (AT lisa AV=0,1, Finevision AV= 0,13 y Versario AV=0,00) que con la azul (AT lisa AV=0,32, Finevision AV= 0,37 y Versario AV=0,22). Por el contrario, en el foco de cerca se obtuvo mejor AV con iluminación azul (AT lisa AV=0,21, Finevision AV= 0,24 y Versario AV=0,32) que con la roja (AT lisa AV= 0,38, Finevision AV= 0,44 y Versario AV=0,55). Pruebas adicionales realizadas para compensar la aberración cromática longitudinal en ambos focos permitieron demostrar el efecto determinante de la dependencia de eficiencia energética con la longitud de onda, especialmente evidentes en el foco de cerca. Los resultados de AV obtenidos en los pacientes implantados con lentes intraoculares multifocales difractivas fueron coherentes con las curvas de distribución de la eficiencia energética obtenidas en el modelo de ojo con las mismas iluminaciones, mostrando un desequilibrio en la AV al utilizar luz monocromática, en los focos de lejos y cerca