Uma orientação para a terminologia de ablação guiada pela frente da onda

Na segunda parte de nossa série, descrevemos alguns dos conceitos e a terminologia básica por trás da próxima geração de diagnósticos refrativos.

Com o crescimento do interesse pela ablação orientada pela frente da onda para cirurgia refrativa, muitos oftalmologistas estão se empenhando para compreender os conceitos que descrevem esta nova tecnologia.

Os médicos são bombardeados por literatura científica e por apresentações mostrando os resultados da cirurgia refrativa orientada pela frente da onda. Eles ouvem termos lançados à volta, tal como polinomiais de Zernike, aberrações de ordem mais elevada, quadrado médio da raiz, função de expandir o ponto. E eles são abandonados com uma esmagadora pergunta: O que significa ?

“A tecnologia da frente da onda é um novo instrumento diagnóstico. Exatamente como eram anteriormente os dispositivos da topografia, ela precisa estar submersa na corrente principal durante um tempo, até que os cirurgiões comecem a compreendê-la,” disse Dr. Jack T. Holladay, cirurgião refrativo e especialista em ópticas, de Houston.

“Quanto à tecnologia da frente da onda em especial, tem havido resistência para aprendê-la porque os fundamentos não utilizam medidas com as quais os oftalmologistas estão familiarizados. É todo um novo jogo de bola,” disse Dr. Holladay, em uma recente entrevista para a Ocular Surgery News.

Na parte dois de nossa série a respeito de ablação personalizada, concentramo-nos nas definições e nos componentes básicos desta nova tecnologia diagnóstica, em um esforço para preencher as lacunas daqueles para os quais a tecnologia é nova — em outras palavras, para todos nós.

Frentes de ondas irregulares

Em termos simples, um sistema de LASIK orientado por frente de onda consiste de duas partes: um sensor de frente de onda e um excimer laser, que é programado com base nas informações do sensor. O sistema de sensor de frente de onda inclui um alvo de fixação, um raio laser de entrada, que gera uma fonte de luz indicadora, um sensor de frente de onda, que mede o declive da frente da onda que sai, e o software, que determinará as características da ablação do excimer.

O alvo de fixação visual apoia o paciente na manutenção da visão, no direcionamento e na acomodação durante a medida da frente da onda. Enquanto um paciente fixa, um raio laser reluz para dentro do olho.

“O raio laser que entra gera uma fonte de luz indicadora para dentro da retina. A luz é refletida da retina, de volta através da pupila, e a frente da onda da luz que sai da pupila é retransmitida para o sensor da frente da onda,” disse Dr. Junzhong Liang, físico que trabalhou no desenvolvimento da tecnologia da frente da onda em oftalmologia.

“A frente da onda torna-se distorcida por inomogeneíte nas propriedades do meio refrativo do olho humano,” explicou Josef F. Bille, Ph.D.,da Universidade de Heidelberg, Alemanha. Dr. Bille é físico óptico, e pioneiro da tecnologia da frente da onda para a oftalmologia.

Quando o raio laser penetra no olho, tem uma frente de onda plana. Na teoria, um olho humano perfeito refletiria de volta um raio com sua frente de onda plana. Entretanto, em um olho humano normal — após o raio de luz ter viajado através de uma lente de cristalino imperfeita, de uma córnea e do outro meio ocular irregulares — a frente da onda tornou-se irregular. A análise de suas aberrações pode revelar as aberrações do sistema óptico humano através do qual acabou de viajar.

Esquemas de Zernike

Os erros da frente da onda do sistema óptico do olho são registrados por um sensor de frente de onda, e o software analisa os resultados.

“O sensor da frente da onda mede o declive da frente da onda utilizando o sensor de Hartman—Shack,” disse Dr. Liang. “Então, o software faz um mapa do declive da frente da onda, convertendo a medida do declive. A decomposição de Zernike é um dos métodos utilizados para converter as medidas.”

“O LASIK convencional pode corrigir dois tipos de erro na córnea — o esférico e o cilíndrico. A análise da frente da onda torna possível corrigir outros tipos de erros no olho, utilizando múltiplos parâmetros que descrevem outros tipos de aberrações.”

Os declives da frente da onda são convertidos em uma série de funções matemáticas denominadas polinomiais de Zernike.

Os polinomiais de Zernike são os esquemas matemáticos das aberrações corneanas. São as funções matemáticas que descrevem as aberrações nas formas corneanas.

Cada polinomial de Zernike, denominado módulo, descreve um determinado tipo de formato, uma determinada superfície tridimensional. Os Zernikes de ordem mais baixa correspondem diretamente às aberrações convencionais, tais como defoco (correção esférica), astigmatismo, aberração esférica e coma.

As aberrações de ordem mais elevada descrevem os erros mais complexos, tais como o trevo de três folhas (formas de frente de onda com três dobras) e trevo de quatro folhas (formas de frente de onda com simetria em quatro dobras). Os polinomiais de Zernike são um conjunto infinito, entretanto, em debate na oftalmologia, geralmente estão limitados aos primeiros 15, ou a um pouco mais.

Dr. Liang explicou: “Quanto à aberração esférica, ao invés de descrever todos os erros da localização da pupila, você pode utilizar o número um, e o número um está associado a uma forma específica. Se você tem muitos módulos, e os coloca juntos, eles podem lhe fornecer qualquer formato que você gostaria de representar. Isto é chamado de decomposição. Nós compomos a forma geral pela representação das equações. Cada módulo de Zernike tem sua própria equação. A equação representa a dimensão do módulo.”

“A razão pela qual fazemos a decomposição é dupla,” continuou ele. “A primeira é para correlacionar as aberrações que conhecemos. A segunda, para olhos normais, podemos utilizar muito menos para representar a forma da córnea do que para utilizar o valor de cada localização. Você terá muito mais módulos na equação quando você tem mais erros no olho.”

Importância do tamanho da pupila

De acordo com Michael Mrochen, Ph.D., do Instituto Federal Suíço de Tecnologia, em Zurique, na Suíça, mais de 40% dos olhos “normais” apresentam aberrações de ordem mais elevada, que são 0.25 D ou mais, se o tamanho da pupila estiver com um diâmtero maior, de 3 mm para 6 mm.

“Estas aberrações ópticas de ordens mais elevadas podem alterar os dados esferocilíndricos em muitas dioptrias,” disse recentemente Dr. Mrocher, na reunião da Academia Americana de Oftalmologia.

Ele disse que os dados da refração podem ser comparados somente com o mesmo tamanho de pupila. Determinar a refração de um paciente com um tamanho de pupila de 3 mm a 4 mm, e então utilizar uma zona óptica de 6 mm ou de 7 mm, levará a uma desnecessária remoção de tecido. Ele disse que os tratamentos com frentes de ondas orientadas são a solução para este problema.

Processamento de dados da frente da onda

Conquanto compreender verdadeiramente os particulares da decomposição de Zernike possa não ser essencial para o cirurgião que opera, é total para as capacidades de medição do sensor.

“Utilizando estas informações, o software do aberrômetro pode traçar as aberrações corneanas em um gráfico, e criar um mapa da frente da onda. No mapa estão as imagens expostas na tela para a avaliação dos médicos,” disse Dr. Liang.

“Os cirurgiões não devem se intimidar com este mapa,” disse Dr. Holladay. “Tudo o que eles necessitam saber é que este mapa é exatamente igual ao mapa de topografia. O conhecimento necessário para a avaliação do que está apresentado à nossa frente é virtualmente o mesmo.”

Ao lado do mapa da frente da onda, aos cirurgiões são fornecidas informações por dois caminhos adicionais: através da refração convencional, em dioptrias, e sob a forma de Zernike.

“Uma vez que lhe seja fornecida uma descrição das aberrações, você pode computar o desempenho óptico com uma função de ponto difuso,” disse Dr. Liang. “Estas informações adicionais irão ajudar você a compreender qual é a qualidade do desempenho visual de seus pacientes — de que maneira os pacientes elaboram as imagens dos objetos.”

Uma vez os cirurgiões tendo interpretado o mapa bidimensional e os dados adicionais apresentados, podem utilizar estas informações a fim de programar um laser para a realização do LASIK personalizado.

Mícrons para dioptrias

“Se os cirurgiões escolherem realizar uma cirurgia com LASIK, eles podem decidir a respeito de quanto tecido será submetido a uma ablação utilizando uma matemática simples,” disse Dr. Holladay.

“Os cirurgiões podem acrescentar o desvio para a espessura corneana, e decidir a respeito de quantas pulsações de laser — em 0.2 µm por pulso — necessitam ser liberadas para as áreas imperfeitas da córnea,” disse Dr. Holladay.

“É fácil decidir a respeito de quanto tecido será submetido a uma ablação com o excimer laser quando as aberrações são convencionais, como astigmatismo e defoco, porque existe um relacionamento 1 -a- 1 entre dioptria e valores de mícron,” disse Dr. Liag. “O aberrômetro calculará a conversão para você.”

“No entanto, quando as aberrações de ordem mais elevada estão em jogo, a conversão se torna mais difícil,” disse Dr. Holladay.

“Uma vez os cirurgiões enfrentando as aberrações de ordem mais elevada, os cálculos se tornam muito mais complexos,” disse Dr. Holladay. Em geral, a conversão de mícrons em dioptrias tem sido difícil para os oftalmologistas porque eles, em são maioria, são treinados para analisar os erros refrativos em valores de dioptrias, não em valores de mícrons.

“Assim, é um problema para os oftalmologistas, que aprenderam em dioptrias durante os últimos 20 anos. Agora, eles devem jogar fora tudo o que aprenderam, e começar a pensar em mícrons.” Por esta razão, ele especula que muitos cirurgiões podem ser lentos no adotar a tecnologia da frente da onda.

Dr. Holladay sugere que os cirurgiões olhem estritamente para o mapa da frente da onda, para uma representação verdadeira, quando analisam os erros.

“Exatamente como em topografia, o mapa irá orientá-los.”

Ablação com laser

O sensor da frente da onda libera as informações, a respeito dos erros refrativos, para o excimer laser.

“O excimer laser recebe as informações na forma de Zernike, e converte-as em algorritmos,” disse Dr. Liang. Um algorritmo é uma função matemática que calcula a quantidade de correção necessária para cada aberração.

“Os algorritmos decidem a respeito de quanta energia é necessária em cada pulso de luz ultravioleta, a fim de realizar uma ablação em um defeito corneano, ” explicou Dr. Liang.

Nem todos os algorritmos do excimer laser são criados da mesma maneira.

“Diferentes marcas de lasers apresentam diferentes métodos de cálculos para seus algorritmos. Assim, o nível de energia do laser, direcionada para cada aberração, é ligeiramente diferente para cada laser.”

A ablação com laser corrige as áreas objetivadas da maneira especificada pelo software. Idealmente, a córnea é reformatada para uma forma que conduza a uma visão ótima.

Induz menos aberração

Diz-se que o LASIK orientado pela frente da onda induz menos aberrações do que o LASIK padrão, que corrige somente o defoco e o astigmatismo.

“O LASIK orientado pela frente de onda induz menos erros do que o LASIK padrão porque corrige as aberrações de ordem mais elevada que o LASIK padrão não pode corrigir,” disse Dr. Holladay. “Assim, é menos prejudicial para o sistema óptico do paciente.”

“No entanto, as aberrações ópticas ainda estarão presentes em ambos os tipos de pacientes porque a ablação com laser sempre induz novos erros,” acrescentou ele.

“Uma vez que a ciência não sabe quais são as medidas ideais absolutas de um sistema óptico perfeito, desconhecidamente induzimos aberrações, cada vez que realizamos uma ablação na córnea,” disse Dr. Holladay.

“Estas ablações existem porque os cirurgiões operam com suposições a respeito de quais são as qualidades de um olho perfeito,” disse Dr. Mrochen. Exatamente agora, não sabemos com o que se parece um sistema óptico perfeito. Até que os cientistas e os oftalmologistas adquiram uma compreensão melhor das características dinâmicas do olho humano, as aberrações induzidas por tecnologia existirão sempre.

“Entretanto, por agora, com a tecnologia da frente da onda, dispomos de um sistema extremamente sofisticado. Assim, ainda podemos corrigir os tipos mais importantes de aberrações, e deixar o paciente com um panorama mais pormenorizado do mundo,” disse Dr. Mrochen.

Para sua informação:

• Josef F. Bille, Ph.D. pode ser contatado no Instituto de Física da Universidade de Heidelberg, em Neuenheimer Feld 227, D—69120, Heidelberg, Alemanha; tel.: (49) 6221—549251; fax: (49) 6221—549839; e-mail: josef.bille@urz.uni-heidelberg.de.
• Junzhong Liang, Ph.D., principal engenheiro óptico da Visx, pode ser contatado na 3400 Central Expressway, Santa Clara, CA 95051—7122 (408)733-2020 ; fax: (408) 733—7278; e—mail: junzhonl@visx.com.
• Dr. Jack Holladay, MSEE, FACS pode ser contatado na 5420 Dashwood St., Suite 207, Houston, TX 77081; tel.: (713) 688—7337; (713) 668—7336; e—mail: docholladay@docholladay.com.
• Michael Mrochen, Ph.D. pode ser contatado na Universidade de Zurique, Departamento de Oftalmologia Frauenklinik, Str. 24 CH — 8091 Zurique, Suíça; tel.: (41) 1 255 4993; fax: (41) 1 255 4472; e—mail: michael.mrochen@aug.usz.ch.

Glossário de termos:

Aberrômetro: — Instrumento óptico que mede as aberrações do olho para além da correção refrativa esferocilíndrica convencional.

Atuador: — Elementos ativos de reposição, que realizam o deslocamento ou a deformação da superfície em um espelho deformável.

Ópticas adaptáveis: — Montagens ou componentes ópticos cujo desempenho é monitorado por um sensor da frente da onda, e é controlado de maneira a compensar as aberrações com um compensador da frente da onda.

Coma: — Uma imagem difusa, em forma de cometa, de uma fonte de luz em forma de ponto, causada por uma aberração em um sistema óptico.

Espelho deformável: — Espelhos que têm uma superfície reflexiva controlada.

Ópticas do olho: — O sistema de refração do olho consiste de córnea, humor aquoso, lente do cristalino e humor vítreo.

Alvo de fixação: — Um alvo visual que auxilia os pacientes a manter o direcionamento, e a acomodação do olho nos instrumentos oftálmicos.

A função de transferir a modulação: — A proporção da freqüência espacial (ciclos por grau) de um padrão sem onda.

Índice de aberrações ópticas: — Os valores entre 0 e 1. O zero representa um sistema óptico perfeito, e o 1 representa as aberrações infinitas.

Função de um ponto disseminado: — A distribuição da energia da luz, associada à imagem de um objeto de ponto perfeito (infinitesimal).

Trevo de quatro folhas: — Formas da frente da onda com simetria em quatro dobras.

O quadrado médio da raiz: — O erro da frente da onda do quadrado médio da raíz (RMS) é a raiz do quadrado da variante da frente da onda, o quadrado médio do erro da frente da onda sobre a pupila.

Aberração esférica: — Uma aberração radialmente simétrica, que causa uma variação no grau refrativo, como uma função de um raio anular no plano da pupila.

Trevo de três folhas: — Formas da frente da onda, com simetria em três dobras.

Mesa de tratamento: — Um protocolo de tratamento contendo seqüência, localização e descrição do raio de tratamento.

Frente da onda: — Uma superrfície que conecta todos os pontos do campo visual de uma onda eletromagnética, pontos estes que são eqüidistantes de uma fonte de luz.

Decomposição da frente da onda: — Expansão de uma função da frente da onda, em termos de um conjunto de funções dos polinomiais.

Polinomial de Zernike: — Um conjunto completo de polinomiais, introduzido por F. Zernike, que são ortogonais sobre o interior de um círculo unitário. Aberrações convencionais, tais como defoco, astigmatismo, coma, aberração esférica, correlacionam-se com um subconjunto dos polinomiais de Zernike.

Este glossário de termos é cortesia de Junzhong Liang, Ph.D..