Анализ влияния наклона и децентрации ИОЛ на индуцированный астигматизм при исследовании методом трассировки лучей на модели глаза

    

     Основные тенденции развития офтальмохирургии в течение последнего десятилетия обусловили значительный технологический прогресс в области методов проведения операции и закономерности в разработках оптических свойств интраокулярной линзы (ИОЛ), связанные с необходимостью улучшения рефракционных результатов и качества получаемого зрения. Интерес к повышению качественных характеристик зрения привел к появлению новых моделей асферических ИОЛ, позволяющих корригировать как аберрации роговицы, так и самой линзы [1]. Некоторые ИОЛ имеют отрицательную асферическую оптику и предназначены для компенсации положительной сферической аберрации роговицы человека (приблизительно 0,27 мкм) с целью получения сферической аберрации, близкой к нулю. В других моделях реализуется подход присутствия небольшой положительной сферической аберрации (приблизительно 0,1 мкм) [2, 3]. При этом асферические линзы с отрицательной сферической аберрацией функционируют наилучшим образом в условиях более точного центрирования по отношению к визуальной оси и обусловливают более высокие показатели контрастной чувствительности, в отличие от сферических моделей ИОЛ [4].

    Актуальность данного вопроса дополняется исследованиями эффективной позиции линзы, а также анализом положения ИОЛ в капсульном мешке [5]. Внедрение и широкое применение фемтолазерных установок позволило повысить до прецизионной точности проведение ключевых этапов хирургии катаракты. Наиболее значимым из них является выполнение капсулорексиса, оказывающего непосредственное воздействие на положение ИОЛ в капсульном мешке. Считается, что децентрация и наклон негативно влияют на оптические характеристики имплантированных ИОЛ, особенно асферических, торических (ТИОЛ) и мультифокальных, снижая качество полученного зрения, способствуя увеличению аберраций высшего порядка (НОА), в частности комы. В литературе имеются данные о возможном индуцировании астигматизма при наличии клинически значимого наклона ИОЛ, который, по данным разных авторов, может варьировать от 2,67° до 3,43° [6].

    Возросший интерес к результатам подобных исследований определяется все более высокой необходимостью повышения прогнозируемости рефракционного результата, связанного с визуальными ожиданиями со стороны пациентов, проведением оперативного вмешательства с рефракционной целью, а также расширением показаний к коррекции астигматизма слабой степени в ходе хирургии катаракты с использованием ТИОЛ. В данном аспекте все больше внимания уделяется изучению весомости влияния изменения положения ИОЛ: наклона и децентрации на величину индуцированого астигматизма, а также на качественные характеристики зрения.

    Материал и методы

    В программе Opticstudio (Zemax, LLC, США, версия от 20.08.2014) была разработана теоретическая модель глаза, учитывающая его основные параметры, а именно: радиус передней и задней поверхности роговицы, толщину роговицы, радиус передней и задней поверхности линзы, преломляющие коэффициенты оптических структур и сред глаза, их константы, включая стекловидное тело (таблица). Используемое программное обеспечение Zemax позволяет генерировать модель трассировки лучей в оптической системе с заданными параметрами. В наши задачи входило исследование изменения волнового фронта при прохождении световых лучей через оптическую часть асферической и торической моделей ИОЛ в зависимости от величины угла наклона и децентрации ИОЛ с определением величины индуцированного астигматизма. Плоскость зрачка закладывалась как апертура с шириной равной 3,5 мм. В качестве исследуемой модели линзы использовались данные асферической ИОЛ Acrysof IQ с оптической силой 16,0, 22,0 и 24,0 дптр и Acrysof IQ Toric SN6AT3, SN6AT4 и SN6AT5 с соответствующей мощностью цилиндра 1,50, 2,25 и 3,0 дптр (Alcon, США). Основные характеристики асферической и торической моделей данного вида ИОЛ включали в себя радиус кривизны поверхностей ИОЛ и коническую составляющую асферичности, предоставленные фирмой-производителем (Alcon, США). Толщина линзы для каждой оптической силы была рассчитана соответственно диаметру оптической части линзы и разницы радиусов кривизны в программе Компас-3DLTV 12 («Аскон», Россия).

    Изменения положения ИОЛ имитировались путем отклонения оптической части линзы заданной силы относительно горизонтальной плоскости с шагом от 1° до 10° для наклона и с шагом 0,1 мм для децентрации ИОЛ. Торичность роговицы обозначалась в миллиметрах и закладывалась соответственно величине разности радиусов кривизны в горизонтальном и вертикальном меридианах согласно степени роговичного астигматизма. Исследовался наклон и децентрация ТИОЛ относительно горизонтального и вертикального меридианов с установкой цилиндрической составляющей по 90° и 180°. Положение сетчатки было оптимизировано с учетом формирования среднего фокусного расстояния, составляющего 23,5 мм (рис. 1).

    Анализ аберраций проводился с помощью значений полиномов Zernike. Для наклона исследовались полиномы Z (2,2), которые были переведены из микрометров в диоптрии согласно формуле: -4*√6*Z²₂)/R² .

    Данное уравнение было описано R.A. Applegate и соавт. (2003) и включает преобразованные в микрометры данные аберраций 2 порядка Z (2,2) по отношению к диаметру зрачка (мм) [7].

    Результаты

     Согласно полученным данным, в группе асферических ИОЛ появление индуцированного астигматизма, соответствующего среднему значению 0,1 дптр, составило 3,0° для ИОЛ с оптической силой 22,0 и 24,0 дптр и 3,5° для ИОЛ 16,0 дптр. При этом увеличение значений угла наклона линзы вело к последовательному повышению величины индуцированного астигматизма: при 5° – на 0,3 дптр и на 0,21 дптр для 22,0, 24,0 и 16,0 дптр соответственно. Отмечалось увеличение показателей индуцированного астигматизма в зависимости от величины оптической силы линзы (рис. 2).

    Анализ децентрации ИОЛ относительно горизонтальной плоскости выявил средние значения индуцированного астигматизма величиной 0,1 мм при отклонении линзы на 0,7 мм для линз с оптической силой 22,0, 24,0 дптр и 1,0 мм для 16,0 дптр линзы. При этом сохранялась тенденция к большему индуцированию астигматизма также при анализе ИОЛ с наибольшей оптической силой (рис. 3).

    Анализ изменения положения ТИОЛ при установке цилиндрического компонента оптической части ТИОЛ по оси 90° (при коррекции прямого роговичного астигматизма) при горизонтальном наклоне вдоль оси от 0 до 180° относительно вертикальной плоскости выявил индуцирование астигматизма на величину 0,1 дптр соответственно увеличению угла наклона в 3°, более выраженное в группе линз с большими значениями оптической силы, и снижение степени индуцированного астигматизма при установке цилиндрического компонента по оси 180° (при коррекции обратного астигматизма). В результате рефракционный результат при горизонтальном наклоне ТИОЛ при коррекции прямого роговичного астигматизма имел тенденцию к гипокоррекции, при коррекции обратного роговичного астигматизма – гиперкоррекции. На рисунке 4 и рисунке 5 представлена зависимость индуцированного астигматизма от установленной оси цилиндрического компонента и оптической силы ТИОЛ.

    Децентрация ТИОЛ оказывала влияние на индуцированный астигматизм при значениях 0,7 мм для линз 22,0 и 24,0 дптр и более значительной децентрации, составляющей 0,9–1,0 мм для линз 16,0 дптр, что совпадало с результатами исследования децентрации асферической ИОЛ (рис. 6, 7).

    Обсуждение

     Прохождение светового луча через оптическую поверхность ИОЛ, согласно законам геометрической оптики, подвергается преломлению, которое соответствует свойствам данной оптической системы. При этом первостепенное значение приобретает точность выравнивания задействованного оптического элемента относительно основных осей и плоскостей, а именно значения децентрации и наклона. Согласно данным исследований, децентрация ИОЛ более 0,1 мм и наклон 5° снижают качественные характеристики полученного зрения [8]. Как правило, измерения в клинических условиях осуществляются с использованием Шеймпфлюг-камеры и рефлексов Пуркинье [9]. N. Hirnschall и соавт. (2017) сравнивали наклона хрусталика до операции с наклоном асферической модели ИОЛ (Asphina, Carl Zeiss Meditec AG) после проведения хирургии катаракты на приборе SS-OCT (IOLMaster 700). На 62 глазах средний наклон ИОЛ составил 6,2° [10]. F. Taketani и соавт. (2004) при исследовании на 40 глазах соотношения величины наклона к индуцированию аберраций высшего порядка выявили наличие значимой корреляции между комой и наклоном ИОЛ [11].

    Оптическая система глаза имеет неоднородное распределение показателей преломления (роговица, ИОЛ, влага передней камеры, стекловидное тело), в связи с чем представляется наиболее сложной для проведения анализа изменения волнового фронта. Разработано несколько моделей глаза, из которых родоначальником является модель Gullstrand, учитывающая сферическую форму роговицы, и позднее модифицированная Le Grand [12]. В связи с необходимостью проводить расчеты с асферическими поверхностями были разработаны широкоугольные модели Kooijman (1983), Escudero-Sans, Navarro (1999), Liou и Brennan (1997) и др. [13]. Большинство конструкций ИОЛ подвергались оптимизации с использованием данных моделей глаз, отражающих средние биометрические и оптические данные пациентов, подвергающихся хирургическому вмешательству. За основу в настоящем исследовании была взята модель представленная Lio и Brennan (1997) и J.T. Holladay (2012) [14]. С целью изучения свойств оптических элементов, а именно прохождения лучей и изменения их направления соответственно исследуемому углу наклона и децентрации ИОЛ, проектирование и теоретическое моделирование проводилось на основе метода трассировки лучей.

    Существующие исследования по влиянию наклона и децентрации различных видов ИОЛ, выполненные на теоретических моделях глаза с использованием аналогичного программного обеспечения, обнаружили индуцирование астигматизма и аберраций высшего порядка, влияющие на оптические характеристики полученного зрения, в частности кома при нарастании значений децентрации [12, 15].

     Нами было проведено исследование по влиянию изменения положения асферических ИОЛ и ТИОЛ на величину индуцированного астигматизма в зависимости от оптической силы и направления оси выравнивания цилиндрического компонента ТИОЛ (на 90° и 180°). Была продемонстрирована возможность индуцирования астигматизма при имплантации асферических ИОЛ уже при величине наклона, равного 3,0°. При этом увеличение наклона до 5° приводило к теоретическому увеличению значений астигматизма почти в 3 раза – до 0,3 дптр для ИОЛ с оптической силой 22,0 и 24,0 дптр и в 2 раза для ИОЛ 16,0 дптр. Увеличение астигматизма до 10° вело к значительному увеличению астигматизма, составившему более 1,0 дптр. Анализ данных децентрации оптической части линзы на 0,1 мм установил допустимость индуцирования астигматизма до 0,2 дптр в исследуемом ряду моделей асферических ИОЛ и ТИОЛ. В то же время сравнительный анализ по ИОЛ с различной оптической силой выявил увеличение величины астигматизма соответственно нарастанию преломляющей силы оптической части линзы, что демонстрирует тенденцию к индуцированию больших степеней астигматизма линзами с наибольшей преломляющей силой.

    С целью повышения точности и достоверности результатов настоящего исследования изучение наклона ТИОЛ моделировалось с имитацией торичности роговицы. Наклон ТИОЛ относительно горизонтальной плоскости выявил тенденцию к гипер- и гипокоррекции при установке ТИОЛ соответственно коррекции прямого и обратного астигматизма с критическими значениями наклона 3° и децентрации 0,7 мм, что при проведении расчета оптической силы ТИОЛ повышает теоретическую прогнозируемость рефракционного результата операции. Этот факт в определенной мере объясняет наличие остаточного астигматизма даже при проведении расчетов по данным общей величины астигматизма с учетом задней поверхности роговицы.

    Обзоры литературы по исследуемой теме выявили неоднозначные данные по влиянию величины децентрации и наклона ИОЛ на результаты операции. М. Baumeister и соавт. (2009), определявшие положение ИОЛ с помощью Шеймпфлюг-камеры, выявили средний угол наклона 2,89±1,46° для сферической ИОЛ и 2,85±1,36° для асферической ИОЛ и среднюю оптическую децентрацию 0,19±0,12 и 0,27±0,16 мм соответственно. Полученные показатели были признаны недостаточно высокими, чтобы повлиять на качество полученного зрения [16]. Исследованиями P. Rosales и S. Marcos (2006) были выявлены более значительные показатели вертикального наклона, составляющие от −1,85° до 5,97° для правых и 0,75° до 3,83° для левых глаз [17]. В обзоре Т. Eppig и соавт. (2009) средняя децентрация ИОЛ составила 0,30±0,16 мм (диапазон от 0,00 до 1,09 мм), наклон 2,62±1,14° (диапазон от 0,20° до 8,17°). Было выявлено отрицательное влияние децентрации на передаточную функцию модуляции (MTF) практически во всех случаях имплантации асферических моделей ИОЛ, увеличение аберраций высшего порядка (кома), индуцирование астигматизма [18].

    Результаты настоящего исследования нашли подтверждение в проведенных нами ранее работах по изучению влияния величины децентрации и наклона ИОЛ в капсульном мешке в зависимости от методики формирования капсулорексиса, определившие автоматизированный подход к данному этапу операции как наиболее прогнозируемый, и совпадают с результатами исследования других авторов, также указывающих на вклад наклона ТИОЛ в индуцирование астигматизма, оказывающего влияние на рефракционный результат операции [19–21].

    Проведенное нами теоретическое исследование по изучению наклона и децентрации ИОЛ может рассматриваться как важное дополнение к полученным клиническим результатам, способствует оптимизации рефракционных результатов в коррекции астигматизма с помощью асферических ИОЛ и ТИОЛ и получения более высоких качественных характеристик зрения на практике.

    Заключение

    Таким образом, проведенное нами теоретическое исследование зависимости величины наклона и децентрации ИОЛ подтвердило неизбежность индуцирования астигматизма при определенных критических уровнях, в среднем составляющих 3,0–3,5° для наклона и 0,7–1,0 мм для децентрации и увеличивающихся в зависимости от оптической силы имплантированных асферических и торических моделей ИОЛ. Горизонтальный наклон ТИОЛ способствует индуцированию астигматизма при установке цилиндрического компонента по оси 90°.

    

    Вклад авторов в работу:

    И.Л. Куликова: существенный вклад в концепцию и дизайн работы, редактирование, окончательное утверждение версии, подлежащей публикации.

    Н.С. Тимофеева: существенный вклад в концепцию и дизайн работы, сбор, анализ и обработка материала, статистическая обработка данных, написание текста, редактирование.

    Д.А. Абраменко: другой вклад.

    

    Authors contribution:

    I.L. Kulikova: significant contribution to the concept and design of the work, editing, final approval of the version to be published.

    N.S. Timofeyeva: significant contribution to the concept and design of the work, collection, analysis and processing of material, statistical data processing, text writing, editing.

    D.B. Abramenko: another contribution.

    

    Финансирование: Авторы не получали конкретный грант на это исследование от какого-либо финансирующего агентства в государственном, коммерческом и некоммерческом секторах.

    Авторство: Все авторы подтверждают, что они соответствуют действующим критериям авторства ICMJE.

    Согласие пациента на публикацию: Письменного согласия на публикацию этого материала получено не было. Он не содержит никакой личной идентифицирующей информации.

    Конфликт интересов: Отсутствует.

    ORCID ID: Тимофеева Н.С. 0000-0002-4048-4463

    

    Funding: The authors have not declared a specific grant for this research from any funding agency in the public, commercial, or not-for-profit sectors.

    Authorship: All authors confirm that they meet the current ICMJE authorship criteria.

    Patient consent for publication: No written consent was obtained for the publication of this material. It does not contain any personally identifying information.

    Conflict of interest: There is no conflict of interest.

    ORCID ID: Timofeeva N.S. 0000-0002-4048-4463

    

    Поступила: 08.03.2021

    Переработана: 22.05.2021

    Принята к печати: 25.08.2021

    

    Originally received: 08.03.2021

    Final revision: 22.05.2021

    Accepted: 25.08.2021