cosa è un’aberrazione del fronte d’onda? cox italy 2009.pdf · 1 mm 2 mm 3 mm 4 mm 5 mm 6 mm 7...
TRANSCRIPT
© Bausch & Lomb 2009
Lenti a contatto personalizzate per migliorare la visione:
sono realizzabiliin un mondo di lenti disposable ?
Ian Cox, BOptom, PhD, FAAODistinguished Research FellowBausch & Lomb, Rochester, NY
Riconoscimenti
Bausch & Lomb,Rochester R&D
• Griff Altmann• Gary Richardson• Michele Lagana • Ravi Somasundurum• Tim Green• Daozhi Wang• Amanda Kingston• Alexis Vogt
Center for Visual Science,University of Rochester
• Geunyoung Yoon• Jason Porter• Tae Moon Jeong• Ramkumar Sabesan• Dave Williams • Antonio Guirao
Cosa è un’aberrazione del
fronte d’onda?
Cause dell’offuscamento dell’immagine retinica
DiffrazioneAberrazioni
Dispersione della luce
1 mm 2 mm 3 mm 4 mm
5 mm 6 mm 7 mm
Misurazione della densità della luce (PSF) vs Diametro della pupilla
di un “occhio perfetto”
pupil images
followed by
psfs for changing pupil size
1 mm 2 mm 3 mm 4 mm
5 mm 6 mm 7 mm
Point Spread Function vs. Pupil SizeTypical Eye
Misurazione della densità della luce (PSF) vs Diametro della pupilla
di un “occhio normale”
© Bausch & Lomb 2009
Che cosa è il fronte d’onda ?fronte d’onda idealefascio parallelo
=fronte d’onda piano Fronte d’onda con defocus
fascio parallelo=
fronte d’onda piano fascio aberrato=
fronte d’onda irregolare
fronte d’onda ideale
Che cosa è il fronte d’onda aberrato ?
-3 -2 -1 0 1 2 3
-3
-2
-1
0
1
2
3
Wavefront Aberration
mm (superiore-inferiore)
mm
(sup
erio
r-in
ferior
)
Visione tri-dimensionale Visione bi-dimensionale
Aberrazione del fronte d’onda di una superficie
Aberrazione del fronte d’ondaAberrazione del fronte d’onda
mm (destra-sinistra)Superiore-inferiore
Come vengono misurate
le aberrazioni del fronte d’onda
dell’occhio ?
Rilevazione fronte d’onda Shack-Hartman
Occhio perfetto
Occhio aberrato
Matrice di piccole lenti
MatriceCCD Macchie Fronte aberrato
Sensore fronte d’onda Shack-Hartmann
© Bausch & Lomb 2009
Aberrazionesferica
ComaAstigmatismoDefocus Astigmatismotriangolare
Immagine Hartmann-Shack Ricomposizione del fronte d’onda
Scomposizione di un fronte d’onda Modello di Zernike
trifoglio coma coma trifoglio
quadrifoglio sferico
2°
3°
4°
5°
Ordine Radiale
quadrifoglio
pentafoglio Trifoglio secondario
Comasecondario
pentafoglio
defocusastigmatismo astigmatismo
astigmatismo secondario
Z20Z 2
-2 Z22
Z 3-1 Z3
1Z 3-3 Z3
3
Z40 Z4
2Z 4-2 Z4
4Z 4-4
Z51Z 5
-1 Z53Z 5
-3 Z55Z 5
-5
~ Rifrazione convenzionale
Aberrazioni di ordini superiori
astigmatismo secondario
Comasecondario
Trifoglio secondario
Modalità AstigmaticheModalità di coma
Modalità trifoglio
Aberrazione sferica
Coefficienti di Zernike
6.0 mm pupil
Fronte d’ondaMisurazione densità
della luce (PSF)Convoluzione
Immagine
Piano pupillare vs piano retinico
Sono necessarie lenti a Contatto per correggere
le aberrazioni di ordini superiori?
© Bausch & Lomb 2009
Z7
Z8
Z9
Z10
Z11
Z12
Z13
Z14
Z15
Z16
Z17
Z18
Z19
Z20
Z21
3rd, 4th, & 5th Order Zernike Co-Efficients
Zern
ike
Co-
Effi
cien
tMag
nitu
de(u
m)
-3.0
-2.5
-2.0
-1.5
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
1.5
Normals Keratoconics
Aberrazioni da cheratocono
Aberrazione sferica
Coma
Coefficienti di Zernike 3°, 4° e 5° ordine
Normali Cheratocono
Gra
ndez
zaco
effic
ient
idiZ
erni
ke(u
m)
Fronte d’onda PSF ConvoluzionePupilla da 3mm
Pupilla da 6mm
Superficieanteriore
Elevazione anteriore
Aberrazioni LASIK
Z7Z8Z9Z10Z11Z12Z13Z14Z15Z16Z17Z18Z19Z20Z21
Zernike Co-Efficients - Normal vs Refractive Surgery Populations
-1.0
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
NORMAL REFRACTIVE
Spherical Aberration
Coma
Coefficienti di Zernike – Popolazione Normale rispetto a pazienti post chirurgia refrattiva
Normale Refrattiva
PSF ConvoluzionePupilla da 3mm
Pupilla da 6mm
Fronte d’onda
Superficieanteriore
Elevazione anteriore
Distribuzione popolazione normaleZernike Co-Efficient Distribution - Normal Population
Zern
ike
Co-
effic
ient
Mag
nitu
de(u
m)
Mean Mean±SD Min-Max Z311
Z310Z331
Z330Z400
Z420Z421
Z440Z441
Z510Z511
Z530Z531
Z550Z551
-1.0
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0Pupil = 6.0mm
n = 838
Coefficienti di Zernike - Distribuzione popolazione normale
Gra
ndez
zaco
effic
ient
idiZ
erni
ke(u
m)
HORMS rispetto errore refrattivoRelationship Between Refractive Sphere and Higher Order Wavefront Aberration of the Eye
-10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1
Refractive Sphere (D)
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
HO
RM
S(u
m)
Pupil Size = 6.0mmn = 838
53%
Rapporto tra sfera refrattiva e aberrazione fronte d’onda di ordine superiore dell’occhio
Sfera Refrattiva (D)
Diametro pupilla = 6.0mm
© Bausch & Lomb 2009
Progettazione di lenti a contatto:quale tipo di aberrazioni
del fronte d’onda di ordine superioreoccorre correggere?
Progettazione di lenti a contatto personalizzate
Fronte d’onda “Ottimizzato”:• Correzione parziale HOA• Defocus e aberrazione sferica
• Aberrazioni simmetriche rotazionali • es. PureVision, Choice AB, Frequency55, Biomedics55
Premier
Fronte d’onda guidato:• Correzione totale fronte d’onda • Aberrazioni di HOA di 2°, 5° e 6°
• Aberrazioni simmetriche e non rotative• es. Ophthonix IZon, Technovision LaseLens, QuarterLambda
SynergEyes W
Popolazione aberrazione sferica Normal Population Spherical Aberration (Z 0
4)
-0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7
Spherical Aberration Z 04 (um)
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
280
No
ofob
s
Pupil Size = 6.0mmn = 838
Popolazione normale aberrazione sferica (Z 0 4)
n.di
pazi
enti
osse
rvat
i
Aberrazione sferica Z 0 4 (um)
Diametro pupilla = 6.0mm
Lenti a contatto - Correzione aberrazione sferica:Caso 1 “Buono” pupilla da 5.7mm
Fronte d’onda PSF Convoluzione
Miopia Astigmatismo rapporto Strehl corretto=0.097
Miopia Astigmatismo & Aberrazione sferica rapporto Strehl corretto =0.454
Ottica delle lenti a contatto asferiche
Design più semplice delle lenti a contatto personalizzate • Corregge le aberrazioni sferiche simmetriche• Basato sulla media della popolazione • Prodotte facilmente per tornitura
Il Design ideale delle lenti asferiche
SF≥1
SF<1
Aberrazione sferica
Potere-6.00D -5.00D -4.00D -3.00D -2.00D -1.00D
-0.10µm
-0.20µm
SFERICAANTERIORE
ASFERICAANTERIORE
LIVELLO DI ABERRAZIONE SFERICA SULLA MEDIA DELLA POPOLAZIONE TEORICAMENTE
DIVERSA DA ZERO(PRESUMENDO CENTRATURA LENTI
PERFETTA)
© Bausch & Lomb 2009
Spherical Aberration vs Spherical Refractive Error
-10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2
Refractive Error Sphere (D)
-0.4
-0.3
-0.2
-0.1
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
Sph
eric
alA
berra
tion
-Z0 4
(um
)
Pupil Size = 6.0mmn = 838
Distribuzione popolazione aberrazione sferica
Aberrazione sferica vs Errore refrattivo sferico
Aber
razi
one
sfer
ica
-Z0
4(u
m)
Errore refrattivo sferico (D)
Diametro pupilla = 6.0mm
Distribuzione popolazione aberrazione sferica
Spherical Aberration Following Average Population Value Offset
-10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2
AvgOfPPRSphere
-0.5
-0.4
-0.3
-0.2
-0.1
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
Sphe
rical
Aber
ratio
n(w
ithAv
erag
ePo
pula
tion
Offs
et)(
um)
Aberrazione sferica media popolazione diversa da zero
Aber
razi
one
sfer
ica
(med
iapo
pola
zion
edi
vers
ada
zero
)(u
m)
Media di PPR Sfera
Lenti a contatto – Correzione aberrazione sferica:Caso 2 “Sufficiente” 5.7mm Pupilla
Fronte d’onda PSF Convoluzione
Miopia Astigmatismo rapporto Strehl corretto=0.018
Miopia Astigmatismo & aberrazione sferica rapporto di Strehl corretto=0.022
Impatto visivo Aberrazione sfericaRapporto di Strehl rispetto correzione aberrazione
n.pa
zien
tios
serv
ati
Rapporto di Strehl
Correzione Miopia, Astigmatismo
Correzione Miopia, Astigmatismo & Aberrazione sferica
Correzione Miopia, Astigmatismo, Coma, Trifoglio & Aberrazione sferica
Correzione personalizzatadell’aberrazione del fronte d’onda con
lenti a contatto:
che tipo di lenti utilizzare?0
0.2
0.4
0.6
0.8
12nd3rd4th5th6th
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
RM
Sof
resi
dual
WA
(mic
rons
)
translation (mm)
Correzione ordini fino a:
0 5 10 15 20 25 300
0.2
0.4
0.6
0.8
1
rotation (deg)
Defocus e aberrazione sferica
Lenti a contatto personalizzate:effetto rotazione e movimento
Gurao et. al. VSIA, 2000
RM
Sde
lfro
nte
d’on
dare
sidu
o(m
icro
n)
traslazione (mm) rotazione (deg)
© Bausch & Lomb 2009
Applicazione ottimale lenti RGP Teoria applicazione lenti morbide
MODELLO MOVIMENTO GENERALE
PRESSIONE NEGATIVA CREATA SOTTO LA LENTE - RESISTENZA AL MOVIMENTO
Design lenti toriche morbide
- Necessario meccanismo di orientamentoCorrezione personalizzata
dell’aberrazione del fronte d’ondacon lenti a contatto morbide
-In che modo produrle?
Tecniche di produzioneTornio castomizzato:• Tornio a 3 assi • Accuratezza Sub-micron • Fase di idratazione • Lucidatura non necessaria • Economicamente vantaggioso
Stampaggio personalizzato:• Stampi personalizzati
• Tornito o ablato • Plastica o metallo • Materiali alto Dk
© Bausch & Lomb 2009
Tecniche di produzione
Combinazione Stampaggio/Tornitura:• Superficie posteriore stampata • Superficie anteriore tornita
Ablazione diretta:• Ablazione superficie anteriore polimero allo stato secco • Ablazione aberrazioni ordine superiore su spazio aberrazioni
ordine inferiore• Eccimeri di minuscole dimensioni • Lenta• Costosa
Aberrazione misurata delle lenti a contatto personalizzate
3 µm
-3 µm
Design Misurazione
-1.2
-0.9
-0.6
-0.3
0.0
0.3
0.6
0.9
1.2
3° 4° 5°
Coe
ffic
ien
tedi
Zern
ike
(µm
)
6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Modalità Zernike
: design: Misurazione
HO rms residuo = 0.25 Hm
WFG CLs: Modello di business
Il tornio CNC è in grado di produrrelenti personalizzate asimmetriche
Il design delle lenti correttive viene elaborato a computer via Internet
Sensore di fronte d’onda per misurazioneaberrazione presso lo studio
Le lenti vengono imballate e spediteallo studio o al paziente
Correzione personalizzatadell’aberrazione del fronte d’onda
con lenti a contatto morbide
-È possibile migliorare -la qualità visiva ?
Correzione dell’aberrazione dell’occhio utilizzandoanelli forati (phase plate) e misurazione della
prestazione visiva
Eye
Visual stimulus
Phase plate(pupil conjugate)
Laser
CCD
Proiettore a microspecchi DMD
Artificialpupil
Wavefrontsensor
Visual acuity
Telecamerapupilla
Errore di riduzione dell’RMS (Media quadratica)
0
1
2
3
4
5
6
0
1
2
3
4
5
6
Erro
refr
onte
d’on
darm
s(µ
m)
HOA rmsRms totale
Soggetti
GY JP MM IC FE Media GY JP MM IC FE Media
Occhio
Occhio + piastra di fase
Pupilla da 6mmPupilla da 6mm
© Bausch & Lomb 2009
GY JPSoggetti IC MM FE
µm µm
Occhio
Correzione2° ordine
Correzione 2°+ ordinisuperiori(piastra di fase)
Riduzione dell’aberrazione di ordine superiore: fattibilità
GY JPSoggetti IC MM FE
Occhio
Riduzione delle aberrazione di ordine superiore: fattibilità
Correzione2° ordine
Correzione 2°+ ordinisuperiori(piastra di fase)
-0.3
-0.2
-0.1
0
0.1
0.2
-0.3
-0.2
-0.1
0
0.1
0.2
Miglioramento acutezza visiva
High contrast (100%) letter Low contrast (10%) letter
Soggetti
GY JP MM IC FE Media
Acut
ezza
visi
va(lo
gMAR
)
20/20
20/16
20/12.5
20/10
Correzione esclusiva del 2°ordine
Correzione 2°+ordini superiori
20/25
GY JP MM IC FE Media
20/32
20/20
20/16
20/12.5
20/10
20/25
20/32
Lettera ad alto contrasto (100%) Lettera a basso contrasto (100%)
Correzione visiva con lenti a contatto personalizzate per cheratoconoSabesan (2007)
• Correzione di 3 pazienti con cheratocono con lenti a contatto morbide personalizzate
• Hydrogel 45% di acqua
• Standard B&L Optima Toric – tornite
• Sovrarefrazione sfero-cilindro, “4 alternative forced choice”
Misurazione
Correzione visiva con lenti a contatto personalizzate per cheratoconoSabesan (2007)
Correzione personalizzata dell’aberrazione del fronte d’onda
con lenti a contatto morbide
- Problemi da risolvere?
© Bausch & Lomb 2009
Problemi da risolvere
• Centratura lenti
• Adattamento del sistema visivo
Asse Visivo
Centro della Pupilla(Linea visone)
Centro dellaCornea
Cornea Pupilla
Linea visiva rispetto asse visivo
MetodiCentratura pupila rispetto al centro della cornea
-0.3 -0.2 -0.1 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
Pupil Center Relative to Corneal Center- Horizontal (mm)
-0.5
-0.4
-0.3
-0.2
-0.1
0.0
0.1
0.2
0.3
Pupi
lCen
terR
elat
ive
toC
orne
alC
ente
r-V
ertic
al(m
m)
NasalTemporal
-1.0 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4
Visual Axis Displacement Relative to Pupil Center - Horizontal (mm)
-1.8
-1.6
-1.4
-1.2
-1.0
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
Visu
alAx
isD
ispl
acem
entR
elat
ive
toPu
pilC
ente
r-V
ertic
al(m
m)
Temporal Nasal
Asse visivo rispetto al centro della pupilla
Centratura lenti
Acquisizione: lenti di prova Problemi da risolvere
• Centratura lenti
• Adattamento del sistema visivo
© Bausch & Lomb 2009
Correzione pazienti con cheratocono(Sabesan & Yoon, 2009)
• Confronto tra pazienti con cheratocono e pazienti normali
• Adattamento in tempo reale per correggere le aberrazioni di ordine superiore• Test acutezza “4 alternative forced choice”
Tecnicamente fattibile per un’ampia percentuale di pazienti che necessitano di correggere la propria vista
Per ottenere risultati ottimali occorrono correzioni personalizzatedelle singole aberrazioni dei fronti d’onda sul piano non rotativo fino al 5° ordine di Zernike.
Dovrebbero essere prodotte lenti di tipo disposable
Occorre l’orientamento e la centratura delle lenti
Occorre l’adattamento del sistema visivo per ottenere maggiori benefici
Conclusione