Aberracje wyższego rzędu a laserowa korekcja wzroku

Streszczenie

Z uwagi na wpływ aberracji na układ optyczny oka ich pomiar jest bardzo ważnym elementem badań kwalifikacyjnych do zabiegów laserowej korekcji wad wzroku. W związku z charakterem aberracji sferycznych występujących w krótkowzroczności i nadwzroczności, w zabiegach korygujących krótkowzroczność indukowane są dodatnie aberracje sferyczne, a korygujących nadwzroczność – ujemne. W zabiegach laserowych zwykle dąży się do jak najmniejszej indukcji aberracji wyższych rzędów, które są przyczyną takich efektów jak halo i glare. Są jednak metody, w których niewielka indukcja aberracji sferycznych jest jak najbardziej pożądana, by zwiększyć głębię ostrości. Uwzględniając wartości aberracji sferycznych, można w znacznym stopniu poprawić jakość widzenia.

Słowa kluczowe: aberracje wyższego rzędu, aberracje sferyczne, laserowa korekcja wzroku, krótkowzroczność, nadwzroczność, prezbiopia

Abstract

Knowing the influence of aberration on eye optics, aberration measurements are a very important element of qualification tests for laser vision correction. Due to the nature of spherical aberrations occurring in myopia and hyperopia, positive spherical aberrations are induced in treatments correcting myopia, and those correcting hyperopia – negative. In laser treatments, the aim is to minimize the induction of higher-order aberrations which are the cause of effects such as halo and glare. However, there are methods where a slight induction of aberration is most desirable to increase the depth of field. By taking into account the values of spherical aberrations, the quality of vision can be significantly improved.

Key words: high order aberrations, spherical aberration, laser vision correction, myopia, hyperopia, presbiopia

W pierwszej części artykułu, opublikowanej w poprzednim numerze „Przeglądu Okulistycznego”, wyjaśniono definicję, pomiar i znaczenie kliniczne aberracji wyższych rzędów (HOA – high order aberrations). Wspomniano również, jakie parametry wpływają na ich wzrost oraz dlaczego podczas chirurgii refrakcyjnej dąży się do zminimalizowania ich liczby. W niniejszym artykule przedstawiono wpływ laserowej korekcji wady wzroku na poziom aberracji wyższych rzędów oraz dlaczego tak ważna jest ich kontrola podczas zabiegów.

Aberracje sferyczne

Ludzkie oko, jak każdy układ optyczny, obarczone jest aberracjami. Na całkowity poziom aberracji sferycznej oka składają się aberracje pochodzące z przedniej i tylnej powierzchni rogówki oraz z soczewki oka. Poziom aberracji rogówkowej jest dodatni i zwiększa się wraz z wiekiem. Pomiary wykonane aberrometrem w analizach J.S. McLellana i wsp. [1] wykazują wzrost aberracji trzeciego i czwartego rzędu, w tym komy i aberracji sferycznej. Aberracja soczewkowa natomiast początkowo jest ujemna, wyrównując tym samym aberrację rogówkową. Następnie także wzrasta z wiekiem i ok. 45. r.ż. przechodzi w aberrację dodatnią. W dodatniej aberracji sferycznej promienie światła wpadające do oka w pobliżu krawędzi źrenicy skupiają się przed ogniskiem promieni z centrum soczewki, podczas gdy w ujemnej aberracji sferycznej promienie w pobliżu środka źrenicy są zogniskowane za promieniami z centrum soczewki (ryc. 1). Odległość między tymi ogniskami nazywana jest osiową aberracją sferyczną.

Aberracja sferyczna (SA – spherical aberration) jest przyczyną krótkowzroczności zmierzchowej oraz efektu halo. W warunkach słabego oświetlenia średnica źrenicy zwiększa się, więcej promieni obwodowych dociera do oka, a ognisko przesuwa się do przodu. W efekcie pacjent jest bardziej krótkowzroczny. Efekt aberracji sferycznej wzrasta wraz z czwartą potęgą średnicy źrenicy. Dwukrotne zwiększenie źrenicy zwiększa SA 16 razy. Ludzkie oko ma wrodzone mechanizmy adaptacyjne, co pozwala zminimalizować aberracje sferyczne:

1. Rogówka nie jest idealnie kulista i spłaszcza się ku obwodowi, przez co na obwodzie występuje mniejsza moc refrakcyjna, co skutkuje mniejszym załamaniem promieni wpadających do oka na jej peryferiach.
2. Soczewka ma zmienny współczynnik załamania światła i krzywiznę; jądro centralne ma wyższy współczynnik załamania niż kora, dzięki czemu promienie centralne są bardziej załamywane, a SA jest ogólnie zmniejszona.
3. Czopki są pobudzane silniej, gdy padające na nie światło przechodzi przez środek źrenicy. Promienie obwodowe, które są bardziej załamywane z powodu aberracji sferycznych, są mniej zauważane.

Co więcej, badania dotyczące rozmiarów źrenic i ostrości wzroku dowodzą, że standardowy rozmiar źrenicy w ciągu dnia (średnia 3–3,2 mm) jest optymalny dla osiągnięcia najlepszej ostrości wzroku w oku emmetropowym, równoważąc efekty dyfrakcji, które pojawiają się przy niewielkich rozmiarach źrenic (zwłaszcza < 2 mm), oraz aberracje powstające przy szerokiej źrenicy [3].

Aberracje sferyczne w laserowej korekcji krótkowzroczności

Laserowa korekcja krótkowzroczności powoduje zmniejszenie krzywizny rogówki w centrum (spłaszczenie). Im większa wartość korekcji i głębokość ablacji, tym większa zmiana asferyczności rogówki i większa indukcja aberracji sferycznych (każda dioptria korekcji krótkowzroczności indukuje około 0,1 µm aberracji sferycznej) [4]. Według badań J. Wang i wsp. [5], po laserowej korekcji wzroku u osób krótkowzrocznych metodą FemtoLASIK aberracje sferyczne przedniej powierzchni rogówki wzrastają w 1. miesiącu po zabiegu, po czym maleją do 6. miesiąca i stabilizują się, pozostając nadal na poziomie wyższym niż przed zabiegiem. Aberracje tylnej powierzchni rogówki się nie zmieniają (ryc. 2). Według badań Mirafteb i wsp. [6] liczba aberracji indukowanych podczas korekcji zbliżonych do siebie wartości krótkowzroczności za pomocą metod PRK (Photorefractive Keratectomy), FemtoLASIK (Femtosecond Laser-Assisted In Situ Keratomileusis) i ReLEx SMILE (Refractive Lenticule Extraction, Small Incision Lenticule Extraction), mierzona w obrębie źrenicy o szerokości 3,0 mm, nie różniła się znacząco. W przypadku pomiarów przeprowadzonych na źrenicy o szerokości 6,0 mm indukcja aberracji sferycznych po zabiegu SMILE jest mniejsza w stosunku do innych metod. Wiąże się to z techniką przeprowadzenia zabiegu. Niektóre badania wykazały, że pionowe boczne nacięcia blaszek rogówki podczas tworzenia płatka w FemtoLASIK prowadzą do utraty sztywności rogówki i wystromienia środkowo-obwodowej części rogówki, co zwiększa poziom aberracji sferycznych. Ponadto, większa funkcjonalna strefa optyczna po zabiegu metodą SMILE wiąże się z mniejszą asferycznością rogówki i może wpływać na obniżenie poziomu SA [5,6].

PRZENIEŚ

Ryc. 1. a) Soczewka bez aberracji sferycznej; b) Soczewka z ujemną aberracją sferyczną; c) Soczewka z dodatnią aberracją sferyczną [2]

Z. Feng i wsp. [7] badali związek między zmianami HOA a RCST/CT (Residual Corneal Stroma Thickness/ Corneal Thickness), czyli ilorazem grubości nienaruszonej stromy rogówki i grubości rogówki po zabiegu FemtoLASIK. Aberracje wyższych rzędów, tj. koma pozioma, aberracje sferyczne, wtórna koma pozioma, wtórny trefoil i poziomy pentafoil były istotnie zwiększone w pierwszym tygodniu oraz w 1. i 3. miesiącu po zabiegu. Ponadto, koma pozioma i aberracje sferyczne były większe w 3. miesiącu po zabiegu w porównaniu z wartościami, które odnotowano w 1. tygodniu. Stwierdzono dodatnie korelacje między głębokością ablacji a wysokością aberracji sferycznych. Aberracje rogówki u pacjentów z wysoką krótkowzrocznością znacznie wzrosły po zabiegu FemtoLASIK, szczególnie koma i SA. Zaobserwowano, że im większa głębokość ablacji, tym większy wpływ wywiera na indukcję aberracji sferycznych. Z kolei im większy RCST/CT, tym mniejszy wpływ HOA na rogówkę.

PRZENIEŚ

Ryc. 2. Zmiana całkowitej aberracji sferycznej rogówki, jej przedniej oraz tylnej powierzchni na średnicy 6 mm przed zabiegiem oraz 1, 3, 6 i 12 miesięcy po zabiegu FemtoLASIK w badaniach przeprowadzonych przezJ. Wang i wsp. [5]

Aberracje sferyczne w laserowej korekcji nadwzroczności

W korekcji nadwzroczności indukowana jest ujemna aberracja sferyczna. Badanie L. Llorente i wsp. [8] wykazało, że korekcja nadwzroczności metodą LASIK spowodowała znaczny wzrost aberracji wyższych rzędów, w szczególności aberracji sferycznych. Indukowana aberracja sferyczna rogówki była sześciokrotnie większa niż w przypadku korekcji krótkowzroczności tą samą metodą, przy podobnym zakresie korekcji. Podobne badania przeprowadzili A. Biscevic i wsp. [9]. Wśród osób nadwzrocznych, które poddały się zabiegowi LASIK, zmierzono aberracje przed zabiegiem oraz w 1. tygodniu po zabiegu, a następnie po 1, 3, 6 i 12 miesiącach od zabiegu. Stwierdzono istotny wzrost komy, trefoilu i aberracji sferycznych w 1. tygodniu i 1. miesiącu po zabiegu, bez zmian przez pozostały okres obserwacji. LASIK wykazał zadowalające wyniki, bez znaczącej utraty linii ostrości wzroku.

Laserowa korekcja nadwzroczności wiąże się z większym ryzykiem regresji po zabiegu niż w przypadku korekcji krótkowzroczności. Częstsza utrata linii CDVA spowodowana jest bowiem sposobem ablacji rogówki. W korekcji nadwzroczności dąży się do zwiększenia mocy rogówki poprzez uwypuklenie jej centralnej części. Badania ultrasonograficzne o bardzo wysokiej częstotliwości wykonane wśród osób po korekcji nadwzroczności metodą LASIK wykazały większe zmiany grubości netto nabłonka rogówki niż u osób, u których korygowano krótkowzroczność tą samą metodą. U osób ze średnią ekwiwalentu sferycznego +3,84 D przed zabiegiem, po LASIK nabłonek rogówki stał się średnio o 8 µm cieńszy centralnie i 24 µm grubszy obwodowo. Jednym z możliwych wyjaśnień większej regresji jest to, że wzrost nabłonka jest przyspieszony przez bardziej strome gradienty rogówki generowane podczas korekcji nadwzroczności [10]. Reinstein i wsp. [11] porównali również strefy optyczne oczu nadwzrocznych, które zostały poddane zabiegom SMILE i LASIK. W tym badaniu, dla metody SMILE strefa przejściowa wynosiła 2 mm, a średnia zaprogramowana strefa optyczna 6,37 mm (zakres 6,3–6,7 mm). W przypadku LASIK utworzono dwie grupy kontrolne, ze strefami optycznymi 6,5 mm oraz 7 mm. Dla każdego oka 3 miesiące po zabiegu, wygenerowano mapy krzywizny osiowej i stycznej rogówki oraz zmierzono uzyskane strefy optyczne po ww. zabiegach. Stwierdzono, że średnica osiągniętej strefy optycznej po zabiegu SMILE jest większa od średnicy osiągniętej strefy optycznej metodą LASIK (z zaprojektowaną strefą 7 mm). W konsekwencji, indukcja aberracji sferycznych w metodach SMILE i LASIK była zbliżona. W metodzie LASIK, kontrola średnicy strefy optycznej może mieć związek ze sposobem ablacji. Tak jak wcześniej wspomniano, w korekcji nadwzroczności laser modeluje obwodową część rogówki, tym samym uwypuklając jej centrum. W rezultacie, w LASIK wymagane jest zastosowanie większej strefy optycznej oraz strefy przejściowej.

Aberracje sferyczne w laserowej korekcji prezbiopii

Kolejnym wyzwaniem w laserowej korekcji wzroku jest prezbiopia. Do metod wykorzystywanych w korekcji prezbiopii zalicza się: monowizję, ablację wieloogniskową oraz nielinijny asferyczny profil ablacji z mikromonowizją (LBV – Presbyond Laser Blended Vision). W metodzie Presbyond LBV zastosowanie nielinijnego asferycznego profilu ablacji obejmuje także zaindukowanie niewielkich ilości aberracji sferycznych w obojgu oczach, co skutkuje powstaniem dodatkowych ognisk skupienia światła pochodzących z obwodowej rogówki i wydłużeniem głębi ostrości widzenia. Dodatkowo zastosowanie mikromonowizji zwiększa zakres wyraźnego widzenia odpowiednio, w oku dominującym – od nieskończoności do odległości pośrednich (blend zone) i w oku niedominującym – od odległości pośrednich do bliży [12].

Badania naukowe wykazały, że poziom aberracji sferycznych powyżej 0,56 µm pogarsza jakość widzenia. Wykorzystując tę wiedzę, podczas zabiegu Presbyond LBV poziom SA jest tak kontrolowany, aby nie usunąć jej całkowicie, jednocześnie nie przekraczając ich poziomu toksycznego (0,56 µm).

W oczach presbiopijnych z krótkowzrocznością poddanych zabiegowi Presbyond LBV należy kontrolować indukcję aberracji sferycznych pozytywnych, zaś w oczach z nadwzrocznością – aberracji sferycznych negatywnych, aby nie przekroczyć progu tolerancji neuroadaptacji. U pacjentów emmetropijnych poddanych zabiegowi korekcji starczowzroczności metodą Presbyond LBV zwiększa się liczba negatywnych SA na oku niedominującym (do bliży), jednocześnie zwiększając pozytywne SA na oku dominującym (do dali).

W badaniach przeprowadzonych przez A. Russo i wsp. wykazano istotny statystycznie wzrost poziomu aberracji typu koma po zabiegu Presbyond w oczach z krótkowzrocznością i nadwzrocznością [13].

Piśmiennictwo:

1. McLellan J.S., Marcos S., Burns S.A.: Age-related changes in monochromatic wave aberrations of the human eye. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 2001; 42(5): 1390-1395.
2. https://www.eyeworld.org/2018/understanding-spherical-aber- ration/
3. Badescu S.V., Barac R., Schmitzer S., Tataru C.: The influence of optical aberrations in refractive surgery. Roman. J. Ophthalmol. 2015; 59(4): 217-222.
4. Russo A., Filini O., Salvalai C. i wsp.: Two-year changes in corneal spherical aberration after laser-assisted in situ keratomileusis and photorefractive keratectomy in regular and wavefront-guided ablations. Ophthalmol. Ther. 2021; 10(4): 1003-1014.
5. Wang J., Ren Y., Liang K. i wsp.: Changes of corneal high-order aberrations after femtosecond laser-assisted in situ keratomileusis. Medicine (Baltimore) 2018; 97(18).
6. Miraftab M., Hashemi H., Aghamirsalim M. i wsp.: Matched comparison of corneal higher order aberrations induced by SMILE to femtosecond assisted LASIK and to PRK in correcting moderate and high myopia: 3.00 mm vs. 6.00 mm. BMC Ophthalmol. 2021; 216.
7. Feng Z., Wang Q., Du C. i wsp.: High-order-aberration changes 2021after femtosecond LASIK surgery in patients with high myopia. Ann. Palliat. Med. 2021; (10)7.
8. Lorente L., Barbero S., Merayo J., Marcos S.: Total and corneal optical aberrations induced by laser in situ keratomileusis for hyperopia. J. Refract. Surg. 2003; (20)3.
9. Biscevic A., Pidro A., Bohac M.: LASIK as a solution for high hypermetropia, Medical Arch. 2019; 73(3): 191-194.
10. Moshirfar M., Desautels J.D., Walker B.D. i wsp.: Mechanisms of optical regression following corneal laser refractive surgery: epithelial and stromal responses. Medical Hypothesis. Disc. Inn. Ophthalmol. J. 2018; 7(1): 1-9.
11. Reinstein D.Z., Pradhan K.R., Karp G.I. i wsp.: Small Incision Lenticule Extraction (SMILE) for hyperopia: optical zone diameter and spherical aberration induction. J. Refract. Surg. 2017; 33(3): 150-156.
12. Wlaź A., Czarnota-Nowakowska B., Wierzbowska J.: Presbyond LBV – laserowa korekcja starczowzroczności. Okulistyka 2021; 4: 29-31.
13. Russo A.: Visual and refractive outcomes following laser blended vision with non-linear aspheric micro-anisometropia (PRESBYOND) in myopic and hyperopic patients. J. Refract. Surg. 2022; 38(5): 288-297.