Способ расчета оптической силы интраокулярной линзы на основе персонализированного моделирования глаза Российский патент 2024 года по МПК A61F9/07 

Изобретение относится к медицине, а точнее к офтальмологии и предназначено для повышения расчетной точности оптической силы интраокулярной линзы, имплантируемой пациентам в ходе оперативного лечения катаракты, в том числе у пациентов после проведенных ранее кераторефракционных вмешательств.

Современные методы хирургического лечения катаракты направлены на получение запланированного рефракционного результата, позволяющего обеспечить максимально возможные зрительные функции. Первостепенное значение приобретает возможность точного расчета преломляющей силы имплантируемой оптической линзы. Существующие методы расчета оптической силы линзы делятся на методы с использованием формул тонкой линзы и метод трассировки лучей. Широко применяющиеся формулы, основанные на математическом подходе (Hoffer Q, Holladay 1, SRK/T и др.), в большинстве, предназначены для усредненных параметров глазного яблока (длина глаза, преломляющая поверхность роговицы), и при использовании на глазах, выходящих за рамки стандартных, требуют дополнительных корректировок, зачастую основанных на личном опыте и интуиции. Сложности связаны с предсказанием эффективной позиции линзы (EPL), изменением кератотопографического индекса роговицы в глазах после кераторефракционных операций (Лазик, кератотомия), недооценки или переоценки преломляющей силы роговицы, «короткой» длиной глаза и др. (Dai M-L, Wang Q, Lin Z-S et al. Posterior corneal surface differences between non-laser in situ keratomileusis (LASIK) and 10-year post-LASIK myopic eyes. Acta Ophthalmol. 96(2), e127-e133. doi:10.1111/aos.13532). Опубликованные исследования эффективности различных формул у пациентов, с выходящими за рамки стандартных параметров, демонстрируют неоднозначные результаты применения формул разного поколения (Першин К.Б., Пашинова Н.Ф., Лих И.А., Цыганков А.Ю., Легких С.Л. Особенности расчета оптической силы интраокулярных линз на экстремально коротких глазах // Офтальмология. - 2022. - Т. 19, №1. - С. 91-97.).

Ошибки, связанные с эффективной позицией линзы (EPL), как правило, основаны на недоступности во многих случаях, предшествующих кераторефракционной хирургии, данных преломляющей силы роговицы, приводя к ее переоценке и обуславливая гиперметропическую рефракцию после операции (Батьков Е.Н. Расчет оптической силы интраокулярной линзы при рефракционной хирургии «экстремальной» гиперметропии // Вестник офтальмологии. - 2019. - Т. 135, №1. - С. 21 - 27). После процедуры Лазик, выполненной по поводу миопии, величина кератометрического индекса уменьшается пропорционально величине коррекции. При этом, имеет значение как вид проведенной коррекции (гипеметропический или миопический Лазик), так и объем выполненной коррекции (степень дооперационной миопии или гиперметропии). В случаях с радиальной кератотомией в анамнезе, преломляющая сила роговицы отличается нерегулярностью, неправильным определением радиуса кривизны, вследствие малых оптических зон, сложностью определения точных кераторефракционных показателей (Kim K, Seok K, Kim W. Multifocal Intraocular Lens Results in Correcting Presbyopia in Eyes After Radial Keratotomy. Eye Contact Lens. 2017;43(6):e22-e25; Donnell PJ, Nizam A, Waring GO. Moming-to-evening change in refraction, corneal curvature, and visual acuity 11 years after radial keratotomy in the prospective evaluation of radial keratotomy study. The PERK Study Group.Ophthalmology. 1996; 103(2):233-9). Устранить данную погрешность можно либо путем пересчета значений кератометрического индекса, либо использовать для расчетов непосредственно значения кривизны обеих поверхностей роговицы, измеренные с помощью Шаймпфлюг-камеры или оптической когерентной томографии. Последний подход может быть реализован путем построения оптических моделей глазного яблока на основе индивидуальных измерений переднего отрезка методом трассировки лучей с использованием компьютерных программ, предназначенных для проектирования оптических систем. Данный метод позволяет проводить точные вычисления, сохраняя только ошибки, присущие биометрическим измерениям, а в программном обеспечении Zemax можно проектировать и анализировать любую оптическую систему. Неоспоримым являются преимущества метода трассировки лучей: результат не зависит от кератометрического индекса, так как используются реальные данные моделируемой оптической системы, нет необходимости учитывать эффективную позицию линзы, так как рассчитывается геометрическое положение линзы, и расчет можно проводить при измененной поверхности роговицы. Точность полученных расчетов не зависит от длины глаза и особенностей преломляющих поверхностей, что особенно актуально для пациентов после кераторефракционных вмешательств в анамнезе.

По данным литературы, достижение рефракции цели в пределах ±0,5 дптр в глазах после кератотомии (КТ) составляет 29-87,5%, в глазах после гиперметропического Lasik 38,1-71,9%, миопического Lasik0-85% (Wang Li, Koch DD. Intraocular lens power calculations in eyes with previous corneal refractive surgery: Challenges, approaches, and outcomes. Taiwan J Ophthalmol. 2021;12(1):22-31. doi: 10.4103/tjo.tjo_38_21).

Таким образом, проблема корректного расчета оптической силы ИОЛ на глазах с отличными от стандартных показателями, носит неразрешенный характер и нуждается в поиске методов, способных обеспечить запланированный рефракционный результат, независимо от анатомических особенностей оперируемых глаз. В данном аспекте построение персонализированных моделей глаз, с использованием индивидуальных биометрических данных и учитывающих аберрации глаза, может рассматриваться как перспективный метод повышения точности расчета.

Известен способ расчета оптической силы ИОЛ с использованием метода трассировки лучей в программе OKULIX (Ingenieurbu^..roderLeu, Hillerse, Germany). Измерения топографии роговицы, полученные с C-Scan (TechnomedGmbH, Германия) и осевая длина глаза IOLMaster (Carl Zeiss, Германия), выраженные в миллиметрах, импортируются в программу OKULIX с последующим выбором рефракции цели в диоптриях и из базы данных необходимой модели ИОЛ (Rabsilber ТМ, Reuland AJ, Holzer MP, Auffarth GU. Intraocular lens power calculation using ray tracing following excimer laser surgery. Eye (Lond). 2007;21(6):697-701.). Особенностью данного метода является, присущая алгоритму трассировки лучей, независимость применения от параметров длины глаза пациента. Данный метод отличается точностью, однако может иметь погрешности при расчете у пациентов с неправильным роговичным астигматизмом (Langer J, Shajari М, Kreutzer Т, Priglinger S, Mayer WJ, Mackert MJ. Predictability of Refractive Outcome of a Small-Aperture Intraocular Lens in Eyes with Irregular Corneal Astigmatism. J Refract Surg. 2021;37(5):312-317.). Кроме того, для его применения необходимо наличие дополнительного оборудования, а именно: программный комплекс OKULIX, доступный в виде программного модуля на USB носителе, который можно интегрировать в топограф TMS-4, TMS-5 или OCT SS-1000 для автоматического приема и обработки данных.

Метод, разработанный на основе программного обеспечения Zemax имеет принципиальное отличие по способу проведения расчета. Полученные измерения по данным прибора OCT Casia 2 и Pentacam: радиус кривизны передней и задней поверхностей, пахиметрические показатели роговицы преобразуются путем бикубической интерполяции в трехмерную модель роговицы и экспортируются в созданную (исходную) модель глазного яблока в программе Opticstudio (Zemax, LLC, США). При этом прогностическая глубина передней камеры вычисляется в каждом конкретном случае соответственно предоперационным значениям толщины хрусталика и исходной глубины передней камеры, полученные с измерительного биометра TOMEY OpticalBiometerOA-2000 (Япония) с прогнозированием наиболее вероятного расположения оптической части линзы в условиях данной оптической системы. Параметры интраокулярной линзы рассчитываются на основе табличных значений передней и задней поверхностей оптической части линзы. Расчет толщины оптической части осуществляется в программе Компас-3D (Россия). Оптимальная сила ИОЛ определяется как функция передачи модуляции (MFT), характеризующая качество зрения на теоретических моделях глаза, а именно по площади графика, и вычисляющийся в каждом случае индивидуально посредством определенного интеграла. Сравнительный анализ величины площади позволяет определить ИОЛ оптимальной оптической силы.

Задачей данного изобретения является повышение расчетной точности оптической силы ИОЛ вне зависимости от исходных параметров глазного яблока.

Техническим результатом, достигаемым при использовании предлагаемого изобретения, является повышение точности прогнозирования рефракционного результата с целью получения максимально запланированного функционального исхода при проведении операции по замене хрусталика вне зависимости от исходных параметров глазного яблока.

Предлагаемый нами метод, основанный на индивидуальном моделировании оптической системы глаза, позволяет рассчитать оптическую силу ИОЛ как на глазах со стандартными параметрами, так и при наличии кераторефракционных операций в анамнезе, экстремально коротких глазах, у пациентов с нерегулярным астигматизмом с целью повышения функциональных результатов операции в сложных случаях.

Технический результат достигается тем, что в способе расчета оптической силы интраокулярной линзы на основе персонализированного моделирования глаза с использованием метода трассировки лучей Raytracing в программе Opticstudio путем построения оптической модели глаза на базе модели Liou-Brerman с использованием индивидуальных параметров глазного яблока, вычислением предполагаемой глубины передней камеры по формуле:

ACDpost=ACDpre+ толщины хрусталика - толщины ИОЛ,

где ACDpost - глубина передней камеры после операции, ACDpre - глубина передней камеры до операции, после чего необработанные данные передней и задней поверхностей роговицы преобразуют путем интерполяции в трехмерную модель, описывающую форму роговицы в каждом конкретном случае, далее производят построение графика функции передачи модуляции (MTF) с использованием параметров табличных значений для каждой тестируемой ИОЛ, расчет толщины оптической части интраокулярной линзы в программе Компас-3D (Россия), с последующим вычислением посредством определенного интеграла, наибольшей площади под графиком MTF, соответствующей оптимальной величине рекомендуемой к имплантации оптической силы

В ходе вычислений оптической силы ИОЛ используется разработанный метод создания персонализированной модели глазного яблока в программе Opticstudio (Zemax, LLC, США) с использованием индивидуальных параметров глаза: преломляющей силы роговицы, передней камеры, толщины хрусталика, длины глаза, вычислением прогнозируемой глубины передней камеры после операции по разработанной формуле, с последующим построением графиков MTF и определением наибольшей площади под ним посредством вычисления определенного интеграла.

Сущность способа заключается в использовании разработанной процедуре расчета оптимальной оптической силы ИОЛ методом трассировки лучей Raytracing согласно созданной персонализированной математической модели глаза в программном обеспечении Opticstudio (Zemax, LLC, США, версия от 20.08.2014). На основании использования индивидуальных биометрических данных, введенных в исходную 3Dмодель глаза, за основу при создании которой используется модель Liou-Brennan, производится определение наибольшей площади под графиком функции передачи модуляции (MFT), соответствующей частотно-контрастной характеристике оптической системы. Роговица моделируется по конкретно заданным показателям радиуса кривизны передней и задней поверхностей роговицы и толщины роговицы по данным OCT Casia 2 и Pentacam, выраженных в мм, путем интерполяции в трехмерную модель глаза. Положение задействованного оптического элемента после операции определяется как расстояние от задней поверхности роговицы до передней поверхности экватора линзы, и рассчитывалось по формуле, выведенной Liou-Brennan:

ACDpost=ACDpre+: толщины хрусталика - толщины ИОЛ

где ACDpost - глубина передней камеры после операции, ACD - глубина передней камеры до операции. Основные характеристики модели ИОЛ включают в себя радиус кривизны поверхностей ИОЛ, коническую составляющую асферичности и толщину оптической части ИОЛ. При отсутствии табличных данных по толщине ИОЛ, вычисления производили в программе Компас-3D LT V 12 (Аскон , Россия). Площадь под графиком рассчитывалась для каждой тестируемой ИОЛ посредством вычисления определенного интеграла. При этом интегрирование проводилось в пределах различных частот.

Способ осуществляется следующим образом. Производят измерение параметров глазного яблока: пахиметрия, передняя и задняя поверхности роговицы определяются по данным приборов OCT Casia 2 и Pentacam, глубина передней камеры и толщина хрусталика - с измерительного биометра TOMEY Optical Biometer ОА-2000 Япония).На основании полученных данных производится построение модели глаза в программе Opticstudio (Zemax, LLC, США, версия от 20.08.2014) на базе модели Liou-Brennan. Необработанные данные передней и задней поверхностей роговицы преобразуются путем интерполяции в трехмерную модель, описывающую форму роговицы.

Положение задействованного оптического элемента после операции определяется по формуле:

ACDpost=ACDpre+толщины хрусталика-толщины ИОЛ

где ACDpost - глубина передней камеры после операции,ACD - глубина передней камеры до операции. Производится построение графика функции передачи модуляции (MFT) по параметрам табличных значений для каждого тестируемой ИОЛ: передней и задней поверхности и толщены оптической части линзы, рассчитанной в программе Компас-3D (Россия), с последующим вычислением, посредством определенного интеграла, наибольшей площади под графиком, соотвествующей оптимальной величине оптической силы ИОЛ.

Данный способ апробирован на 50 пациентах.

Пример 1. Пациент Т, 1955 г. р., обратился в клинику с жалобами на ухудшение зрения. По профессиональной необходимости (работает водителем специального назначения) для продления трудоспособности пациенту необходимо проведение оперативного вмешательства с целью восстановления максимально возможных зрительных функций.

При обследовании: VisOS=0,4 sph+0,5 cyl-1,0 ах 80°=0,6-0,7.

Объективно: роговица прозрачная, передняя камера средняя, чистая, зрачок d=35 мм, ф/р 3 ст., хрусталик - начальное помутнение в кортикальных слоях. Данные авторефрактометрии: sph + 1,0 cyl-1,25 ах 75°, автокератометрии - крутой меридиан 8.03 мм, пологий меридиан - 8.03 мм. длина глаза 23,84 ммглубина передней камеры 2,76 мм, толщина хрусталика 4,63 мм. По данным OCT Pentacam: передняя поверхность - Rслабого меридиана = 8,04 мм Rсильного меридиана 8.03. ВГД = 22 мм.рс.ст.

Предполагаемая глубина передней камеры после оперативного вмешательства по поводу катаракты была вычислена согласно формуле расчета и составила 4,82 мм.

Индивидуальные биометрические параметры импортированы в исходную модель глаза в программе Opticstudio (Zemax, LLC, США, версия от 20.08.2014), с последующим формированием графика MFT для нескольких ИОЛ с различной оптической силой. Произведен расчет площади под графиком MFT посредством вычисления определенного интеграла (фиг. 1, 2, 3. Графики на фиг. 2 и 3 соответствующие оптическим силам ИОЛ 22,5 и 23,0 имели близкие по форме линии кривой, однако, после проведенного расчета, график с наибольшей площадью соответствовал оптической силе ИОЛ 23,0 дптр., которая и является оптимальной для имплантации данному пациенту.

Согласно проведенным расчетам, график с наибольшей занимаемой площадью представлен на фиг. 3 что соответствует оптической силе ИОЛ 23,0 дптр.

Пациенту выполнена факоэмульсификция с имплантацией ИОЛ 23,0 дптр. Острота зрения после операции VisOS=1,0. Авторефрактометрия: sph 0,0 cyl -0,25 ах 83°.

Пример 2. Пациент А., обратился с жалобами на снижение зрения правого глаза. После обследования выставлен диагноз: возрастная катаракта правого глаза.

VisOS=0,1 sph+3,75=0,7.

Объективно: роговица прозрачная, передняя камера средняя, чистая, зрачок d=3,5 мм, ф/р 3 ст., хрусталик - начальное помутнение в кортикальных слоях. Данные авторефрактометрии: sph+4,25 cyl -0,75 ах 46°, автокератометрии - крутой меридиан 7,83 мм, пологий меридиан - 7,51 мм. передне-задняя ось=22,15 мм, глубина передней камеры=3,01, хрусталик 4,42 мм.По данным OCT Pentacam: передняя поверхность - Rслабого меридиана = 7,82 мм, Rсильного меридиана 7,56 мм, ВГД = 18 мм.рс.ст.

Глубина передней камеры после оперативного вмешательства по поводу катаракты была вычислена согласно формуле расчета и составила 4,965 мм.

Предварительный расчет оптической силы интраокулярной линзы проводился по формулам Haigis, HofferQ и Barrett, который составил 26,5, 25,0 и 25,5 дптр соответственно.

Проведя расчет по разработанному алгоритму были получены следующие графики MFT для каждой из предполагаемых вариантов оптической силы ИОЛ (фиг. 4, 5,6, 7, 8).

Расчет определенного интеграла показал наибольшее значение при оптической силе ИОЛ равной 26,5 дптр (фиг. 6).

При выписке острота зрения без коррекции составила 1,0.

Данные рефрактометрии sph -0,25 cyl -0,25 ах 16°.

Изобретение относится к медицине. Способ расчета оптической силы интраокулярной линзы (ИОЛ) на основе персонализированного моделирования глаза с использованием метода трассировки лучей Raytracing в программе Opticstudio путем построения оптической модели глаза на базе модели Liou-Brennan с использованием индивидуальных параметров глазного яблока. Вначале производят измерение параметров глазного яблока: передней и задней поверхности роговицы, глубины передней камеры и толщины хрусталика. Далее вычисляют предполагаемую глубину передней камеры по формуле: ACDpost=ACDpre +толщины хрусталика - толщины ИОЛ, где ACDpost - глубина передней камеры после операции в мм, ACDpre - глубина передней камеры до операции в мм. После чего данные передней и задней поверхностей роговицы преобразуют путем интерполяции в трехмерную модель, описывающую форму роговицы в каждом конкретном случае. Далее производят построение графика функции передачи модуляции (MTF) с использованием параметров табличных значений для каждой тестируемой ИОЛ, расчет толщины оптической части интраокулярной линзы в программе Компас-3D, с последующим вычислением посредством определенного интеграла, наибольшей площади под графиком MTF, соответствующей оптимальной величине, рекомендуемой к имплантации оптической силы ИОЛ. Применение данного изобретения позволит повысить точность прогнозирования рефракционного результата с целью получения максимально запланированного функционального исхода при проведении операции по замене хрусталика вне зависимости от исходных параметров глазного яблока. 8 ил., 2 пр.

Способ расчета оптической силы интраокулярной линзы (ИОЛ) на основе персонализированного моделирования глаза с использованием метода трассировки лучей Raytracing в программе Opticstudio путем построения оптической модели глаза на базе модели Liou-Brennan с использованием индивидуальных параметров глазного яблока, отличающийся тем, что вначале производят измерение параметров глазного яблока: передней и задней поверхности роговицы, глубины передней камеры и толщины хрусталика, далее вычисляют предполагаемую глубину передней камеры по формуле:

ACDpost=ACDpre +толщины хрусталика - толщины ИОЛ,

где ACDpost - глубина передней камеры после операции в мм, ACDpre - глубина передней камеры до операции в мм, после чего данные передней и задней поверхностей роговицы преобразуют путем интерполяции в трехмерную модель, описывающую форму роговицы в каждом конкретном случае, далее производят построение графика функции передачи модуляции (MTF) с использованием параметров табличных значений для каждой тестируемой ИОЛ, расчет толщины оптической части интраокулярной линзы в программе Компас-3D, с последующим вычислением посредством определенного интеграла, наибольшей площади под графиком MTF, соответствующей оптимальной величине рекомендуемой к имплантации оптической силы ИОЛ.