Cosa è un aberrazione del fronte d onda?

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1 Riconoscimenti Lenti a contatto personalizzate per migliorare la visione: sono realizzabili in un mondo di lenti disposable? Ian Cox, BOptom, PhD, FAAO Distinguished Research Fellow Bausch & Lomb, Rochester, NY Center for Visual Science, University of Rochester Geunyoung Yoon Jason Porter Tae Moon Jeong Ramkumar Sabesan Dave Williams Antonio Guirao Bausch & Lomb, Rochester R&D Griff Altmann Gary Richardson Michele Lagana Ravi Somasundurum Tim Green Daozhi Wang Amanda Kingston Alexis Vogt Cause dell offuscamento dell immagine retinica Cosa è un aberrazione del fronte d onda? Diffrazione Aberrazioni Dispersione della luce Misurazione della densità della luce (PSF) vs Diametro della pupilla di un occhio perfetto 1 mm 2 mm mm 4 mm Misurazione Point della Spread densità Function Diametro della vs. luce della Pupil (PSF) pupilla Size vs di un occhio Typical normale Eye 1 mm 2 mm mm 4 mm pupil images followed by 5 mm 6 mm 7 mm psfs for changing pupil size 5 mm 6 mm 7 mm

2 Che cosa è il fronte d onda? Che cosa è il fronte d onda aberrato? fascio parallelo = fronte d onda piano fronte d onda ideale Fronte d onda con defocus fascio parallelo = fronte d onda piano fronte d onda ideale fascio aberrato = fronte d onda irregolare Aberrazione del fronte d onda di una superficie Aberrazione del fronte d onda mm (superior-inferior) Aberrazione Wavefront del Aberration fronte d onda Come vengono misurate le aberrazioni del fronte d onda dell occhio? Superiore-inferiore mm (destra-sinistra) Visione tri-dimensionale mm (superiore-inferiore) Visione bi-dimensionale Rilevazione fronte d onda Shack-Hartman Sensore fronte d onda Shack-Hartmann Matrice di Matrice piccole lenti CCD Macchie Fronte aberrato Occhio perfetto Occhio aberrato

3 Scomposizione di un fronte d onda Ordine Radiale 2 Modello di Zernike -2 Z 2 astigmatismo defocus Z Z Z 1 Z trifoglio coma coma trifoglio Z 2 Z2 2 astigmatismo ~ Rifrazione convenzionale Aberrazioni di ordini superiori Immagine Hartmann-Shack Ricomposizione del fronte d onda 4 Z -4 4 quadrifoglio Z 4 Z 4 Z4 2 Z4 4 astigmatismo sferico astigmatismo quadrifoglio 5 Defocus Astigmatismo Coma Astigmatismo triangolare Aberrazione sferica -5 Z 5 pentafoglio - Z 5 Trifoglio Z 5 Coma -1 Z5 1 Z 5 Coma Trifoglio Z 5 5 pentafoglio Coefficienti di Zernike 6. mm pupil Modalità Astigmatiche Modalità di coma Modalità trifoglio Aberrazione sferica Piano pupillare vs piano retinico Fronte d onda Misurazione densità della luce (PSF) Convoluzione Immagine Sono necessarie lenti a Contatto per correggere le aberrazioni di ordini superiori?

4 Aberrazioni da cheratocono Superficie anteriore Elevazione anteriore 1.5 rd, Coefficienti 4th, & 5th di Order Zernike Zernike, 4 Co-Efficients e 5 ordine Zernike Grandezza Co-Efficient coefficienti Magnitude di Zernike (um) Coma Aberrazione sferica Z7 Z8 Z9 Z1 Z11 Z12 Z1 Z14 Z15 Z16 Z17 Z18 Z19 Fronte d onda PSF Convoluzione Pupilla da mm -. Normals Normali Keratoconics Cheratocono Z2 Z21 Pupilla da 6mm Aberrazioni LASIK Superficie anteriore Elevazione anteriore.8 Coefficienti Zernike di Zernike Co-Efficients Popolazione - Normal Normale vs Refractive rispetto a pazienti Surgery post Populations chirurgia refrattiva.6 Coma Spherical Aberration NORMAL Normale REFRACTIVE Refrattiva Z7 Z8 Z9 Z1 Z11 Z12 Z1 Z14 Z15 Z16 Z17 Z18 Z19 Z2 Z21 Fronte d onda PSF Convoluzione Pupilla da mm Pupilla da 6mm Distribuzione popolazione normale HORMS rispetto errore refrattivo Coefficienti Zernike di Co-Efficient Zernike - Distribuzione Distribution popolazione - Normal normale Population Pupil = 6.mm Rapporto Relationship tra sfera refrattiva Between e Refractive aberrazione Sphere fronte and d onda Higher di ordine Order superiore Wavefront dell occhio Aberration of the Eye n = 88 Diametro Pupil Size pupilla = = 6.mm Grandezza coefficienti di Zernike (um) Zernike Co-efficient Magnitude (um) n = 88 Z11 Z1 Z4 Z421 Z441 Z511 Z51 Z551 Z1 Z Z42 Z44 Z51 Z5 Z55 Mean Mean±SD Min-Max HORMS (um) Refractive Sfera Refrattiva Sphere (D) (D) 5%

5 Progettazione di lenti a contatto personalizzate Progettazione di lenti a contatto: quale tipo di aberrazioni del fronte d onda di ordine superiore occorre correggere? 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 Lenti a contatto - Correzione aberrazione sferica: Caso 1 Buono pupilla da 5.7mm Normal Popolazione Population normale Spherical aberrazione Aberration sferica (Z (Z 4) 4) n = 88 Pupil Diametro Size pupilla = 6.mm = 6.mm Fronte d onda PSF Convoluzione 22 2 n. di No pazienti of obs osservati Miopia Astigmatismo rapporto Strehl corretto= Aberrazione Spherical Aberration sferica Z Z4 (um) 4 (um) Miopia Astigmatismo & Aberrazione sferica rapporto Strehl corretto =.454 Ottica delle lenti a contatto asferiche Il Design ideale delle lenti asferiche Design più semplice delle lenti a contatto personalizzate Corregge le aberrazioni sferiche simmetriche Basato sulla media della popolazione Prodotte facilmente per tornitura -6.D -5.D -4.D -.D -2.D -1.D Aberrazione sferica Potere SF 1 SFERICA ANTERIORE LIVELLO DI ABERRAZIONE SFERICA SULLA MEDIA DELLA POPOLAZIONE TEORICAMENTE DIVERSA DA ZERO (PRESUMENDO CENTRATURA LENTI PERFETTA) SF<1 -.1µm ASFERICA ANTERIORE -µm

6 Distribuzione popolazione aberrazione sferica Distribuzione popolazione aberrazione sferica Aberrazione Spherical sferica Aberration - Z 4 - (um) Z 4 (um) Aberrazione Spherical sferica Aberration vs Errore vs Spherical refrattivo Refractive sferico Error.7 n = 88 Diametro Pupil pupilla Size = = 6.mm 6.mm Errore refrattivo Refractive sferico Error (D) Sphere (D) Aberrazione Spherical sferica Aberration (media (with popolazione Average diversa Population da zero) Offset) (um) (um) Spherical Aberrazione Aberration sferica media Following popolazione Average diversa Population da zero Value Offset AvgOfPPRSphere Media di PPR Sfera Lenti a contatto Correzione aberrazione sferica: Caso 2 Sufficiente 5.7mm Pupilla Fronte d onda PSF Convoluzione Impatto visivo Aberrazione sferica Rapporto di Strehl rispetto correzione aberrazione Correzione Miopia, Astigmatismo Correzione Miopia, Astigmatismo & Aberrazione sferica Correzione Miopia, Astigmatismo, Coma, Trifoglio & Aberrazione sferica Miopia Astigmatismo rapporto Strehl corretto=.18 n. pazienti osservati Miopia Astigmatismo & aberrazione sferica rapporto di Strehl corretto=.22 Rapporto di Strehl Lenti a contatto personalizzate: effetto rotazione e movimento Correzione personalizzata dell aberrazione del fronte d onda con lenti a contatto: che tipo di lenti utilizzare? RMS RMS del fronte of residual d onda WA residuo (microns) (micron) 1 2nd rd.8 4th Correzione ordini fino a: 5th 6th translation traslazione (mm) 1 Defocus e aberrazione sferica rotazione rotation (deg) Gurao et. al. VSIA, 2

7 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 orientamento Correzione personalizzata dell aberrazione del fronte d onda con lenti a contatto morbide -In che modo produrle? Tornio castomizzato: Tornio a 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 Tecniche di produzione

8 Tecniche di produzione Combinazione Stampaggio/Tornitura: Superficie posteriore stampata Superficie anteriore tornita Design Aberrazione misurata delle lenti a contatto personalizzate Misurazione µm Ablazione diretta: Ablazione superficie anteriore polimero allo stato secco Ablazione aberrazioni ordine superiore su spazio aberrazioni ordine inferiore Eccimeri di minuscole dimensioni Lenta Costosa Coefficiente di Zernike (µm) Modalità Zernike : design : Misurazione - µm HO rms residuo = 5 Hm WFG CLs: Modello di business Sensore di fronte d onda per misurazione aberrazione presso lo studio Il design delle lenti correttive viene elaborato a computer via Internet Correzione personalizzata dell aberrazione del fronte d onda con lenti a contatto morbide Le lenti vengono imballate e spedite allo studio o al paziente Il tornio CNC è in grado di produrre lenti personalizzate asimmetriche -È possibile migliorare -la qualità visiva? Correzione dell aberrazione dell occhio utilizzando anelli forati (phase plate) e misurazione della prestazione visiva Eye Laser Phase plate (pupil conjugate) Visual acuity Visual stimulus Telecamera pupilla Artificial pupil Proiettore a microspecchi DMD Wavefront sensor CCD Errore fronte d onda rms (µm) Errore di riduzione dell RMS (Media quadratica) Rms totale Pupilla da 6mm Occhio Occhio + piastra di fase Soggetti HOA rms Pupilla da 6mm GY JP MM IC FE Media GY JP MM IC FE Media

9 Riduzione dell aberrazione di ordine superiore: fattibilità Soggetti GY JP IC MM FE Riduzione delle aberrazione di ordine superiore: fattibilità Soggetti GY JP IC MM FE Occhio Occhio Correzione 2 ordine Correzione 2 ordine Correzione 2 + ordini superiori (piastra di fase) Correzione 2 + ordini superiori (piastra di fase) µm µm Miglioramento acutezza visiva Correzione esclusiva del 2 ordine Correzione 2 +ordini superiori Lettera High contrast ad alto contrasto (1%) (1%) letter Lettera Low a contrast basso contrasto (1%) (1%) letter 2/2 2/2 Correzione visiva con lenti a contatto personalizzate per cheratocono Sabesan (27) Correzione di pazienti con cheratocono con lenti a contatto morbide personalizzate Hydrogel 45% di acqua Acutezza visiva (logmar) /25.1 2/2 2/ /12.5-2/1 -. 2/25 2/2 2/16 2/12.5 2/1 Standard B&L Optima Toric tornite Sovrarefrazione sfero-cilindro, 4 alternative forced choice Misurazione GY JP MM IC FE Media GY JP MM IC FE Media Soggetti Correzione visiva con lenti a contatto personalizzate per cheratocono Sabesan (27) Correzione personalizzata dell aberrazione del fronte d onda con lenti a contatto morbide - Problemi da risolvere?

10 Problemi da risolvere Linea visiva rispetto asse visivo Centratura lenti Cornea Pupilla Adattamento del sistema visivo Centro della Pupilla (Linea visone) Centro della Cornea Asse Visivo Metodi Centratura pupila rispetto al centro della cornea Centratura lenti. Temporal Nasal Pupil Center Relative to Corneal Center - Vertical (mm) Pupil Center Relative to Corneal Center - Horizontal (mm) Visual Axis Displacement Relative to Pupil Center - Vertical (mm) Temporal Nasal Visual Axis Displacement Relative to Pupil Center - Horizontal (mm) Asse visivo rispetto al centro della pupilla Acquisizione: lenti di prova Problemi da risolvere Centratura lenti Adattamento del sistema visivo

11 Correzione pazienti con cheratocono (Sabesan & Yoon, 29) 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 personalizzate delle singole aberrazioni dei fronti d onda sul piano non rotativo fino al 5 ordine di Zernike. Dovrebbero essere prodotte lenti di tipo disposable Conclusione Occorre l orientamento e la centratura delle lenti Occorre l adattamento del sistema visivo per ottenere maggiori benefici