Una guía de la terminología para la ablación guiada por frente de onda

En la segunda parte de nuestra serie, describimos algunos de los conceptos y la terminología básica relacionada con la generación siguiente de diagnósticos refractivos.

Con el interés creciente en la ablación guiada por análisis de frente de onda para la cirugía refractiva, una gran cantidad de oftalmólogos intentan comprender los conceptos involucrados en esta nueva tecnología.

Los clínicos están siendo bombardeados constantemente con literatura científica y conferencias que presentan los resultados de la cirugía refractiva guiada por análisis de frente de onda. Escuchan términos como polinomios de Zernlike, aberraciones de alto orden, promedio de la raíz cuadrada, función de punto difuso. Y todos se hacen la misma pregunta sorprendente: ¿Qué significa todo eso?

“La tecnología de análisis de frente de onda es una nueva herramienta diagnóstica. Al igual que sucedió con los aparatos previos para topografía, se requiere un período de tiempo para familiarizarse debidamente con su funcionamiento, antes de que los cirujanos puedan manejarla debidamente” señaló el Dr. Jack T. Holladay, cirujano refractivo y experto en óptica de Houston.

“En el caso específico de la tecnología de análisis de frente de onda, se ha observado cierta resistencia en el aprendizaje de sus aspectos fundamentales porque no se utilizan los parámetros con los cuales están familiarizados los oftalmólogos. Es un juego completamente diferente,” dijo el Dr. Holladay durante una reciente entrevista con Ocular Surgery News.

En la segunda parte de nuestra serie sobre ablación a la medida, nos concentraremos en las definiciones básicas y en los componentes de esta nueva tecnología diagnóstica, con la intención de explicar los conceptos desconocidos para quienes aún la tecnología es nueva – es decir, para todos nosotros.

Análisis de frente de onda irregulares

En los términos más simples, un sistema de LASIK guiado por análisis de frente de onda está formado de dos piezas, un sensor de frente de onda y un láser de éxcimer que se programa en base a la información del sensor. El sensor de análisis de frente de onda incluye un objetivo de fijación, un rayo láser de entrada que genera una fuente de luz, un sensor de frente de onda que mide la fluctuación del frente de onda de salida y programas para determinar las características de la ablación del éxcimer.

El objetivo de fijación ayuda al paciente a mantener la visión, dirección y acomodación durante el análisis de frente de onda. Mientras el paciente mantiene la fijación, se dirige un rayo láser hacia el ojo.

“El láser de entrada genera una fuente de luz localizada en la retina. La luz se refleja desde la retina hacia la pupila y el frente de onda de luz que sale por la pupila se envía al sensor de frente de onda,” señaló Junzhong Liang, PhD, un profesor de física que trabajó en el desarrollo de la tecnología de análisis de frente de onda en en el campo de la oftalmología.

“El análisis de frente de onda se distorsiona como producto de la falta de homogeneidad de las propiedades refractivas del medio refractivo del ojo humano,” explicó el Dr. Josef F. Bille, PhD, de la Universidad de Heidelberg en Alemania. El Dr. Bille es un físico óptico y un pionero de la tecnología de análisis de frente de onda para la oftalmología.

Cuando el rayo láser penetra en el ojo, tiene un frente de onda plano. Teóricamente, un ojo humano perfecto refleja un rayo con un frente de onda que aún es plano. Sin embargo, en un ojo humano normal – después que el rayo de luz haz viajado a través de un cristalino imperfecto, de una córnea irregular y a través de otros medios oculares – el frente de onda se hace irregular. El análisis de sus aberraciones puede revelar las aberraciones del sistema óptico humano a través del cual ha viajado.

Mapas de Zernike

Los errores del frente de onda del sistema óptico humano son registrados por un sensor de frente de onda y los programas realizan un análisis de los resultados.

“El sensor de frente de onda mide la fluctuación del frente de onda con el sensor Hartman-Shack,” señaló el Dr. Liang. “Entonces el programa produce un mapa de la fluctuación del frente de onda por medio de la medición de la fluctuación. La descomposición de Zernike es uno de los métodos utilizados para la conversión de las medidas.”

El LASIK convencional puede corregir dos tipos de errores en la córnea – esféricos y cilíndricos. El análisis de frente de onda hace que se puedan corregir otros tipos de errores del ojo, utilizando parámetros múltiples que describen otros tipos de aberraciones, indicó.

Las fluctuaciones del frente de onda son convertidas en una serie de funciones matemáticas conocidas como los polinomios de Zernike.

Los polinomios de Zernike son mapas matemáticos de las aberraciones corneales. Son funciones matemáticas que describen aberraciones en las formas de la córnea.

Cada polinomio de Zernike, es llamado “modo” y describe un tipo de forma, una superficie tridimensional. Los Zernikes de orden bajo corresponden directamente a las aberraciones convencionales como desenfoque (corrección esférica), astigmatismo, aberración esférica y coma.

Las aberraciones de alto orden describen errores más complejos como el “trefoil” (formas de frente de onda simétricas de tres hojas) y quadrefoil ( frentes de onda con formas simétricas de cuatro hojas ). Los polinomios de Zernike son un conjunto infinito, sin embargo en oftalmología la aplicación se ha limitado aproximadamente a los primeros 15.

El Dr. Liang explicó: “Para la aberración esférica, en lugar de describir todos los errores en la pupila, puede utilizarse un número, y otro número está asociado con una forma específica. Si se tiene una gran cantidad de modos y pueden colocarse juntos, es posible darle cualquier forma que se desea presentar. Esto se llama descomposición. Componemos la forma general por medio de la representación de las ecuaciones. Cada modo de Zernike tiene su propia ecuación. La ecuación representa la dimensión del modo.

“Existen dos razones por las cuales hacemos descomposición,” continuó. “Primero, correlacionar las aberraciones que conocemos. La segunda es que, en ojos normales, podemos usar mucho menos para representar la forma de la córnea que lo requerido cuando utilizamos el valor de cada ubicación. Tendremos más modos en la ecuación entre más errores existan en el ojo.”

Importancia del tamaño de la pupila

De acuerdo con el Dr. Michael Mrochen, PhD, del Instituto Federal Suizo de Tecnología en Zurich, Suiza, más del 40% de los ojos “normales” tienen aberraciones de alto orden de 0.25 D o más altas si el tamaño de la pupila es aumentado de 3 mm a 6 mm de diámetro.

“Estas aberraciones ópticas de órdenes más altos pueden alterar los datos esferocilíndricos en varias dioptrías,” señaló el Dr. Mrochen recientemente durante la reunión de la Academia Americana de Oftalmología.

El Dr. Mrochen señaló que los datos únicamente pueden ser comparados con el mismo tamaño de la pupila. La determinación de la refracción del paciente con un tamaño de la pupila de 3 mm a 4 mm y luego utilizar una zona óptica de 6 mm o 7 mm producirá una remoción innecesaria de tejido. Señaló que los tratamiento guiados por frente de onda son la solución para ese tipo de problema.

Procesando los datos del frente de onda

A pesar de que no es escencial que el cirujano comprenda los aspectos particulares de la descomposición de Zernike, es una parte integral para la medición de las posibilidades del sensor.

“Por medio del uso de esta información, los programas del aberrómetro pueden determinar las aberraciones corneales en una gráfica y crear un mapa de frente de onda. Una imagen del mapa se presenta en la pantalla para que el médico la evalúe.” Dijo el Dr. Liang.

“Los cirujanos no deben intimidarse con este mapa,” dijo el Dr. Holladay. “Lo único que tienen que saber es que este mapa es como uno topográfico.” El conocimiento necesario para evaluar lo que se presenta es prácticamente el mismo.”

Junto con el mapa de frente de onda, los cirujanos obtienen información adicional de dos formas adicionales: a través de la refracción convencional en dioptrías y en forma de Zernike.

“Una vez hecha la descripción de las aberraciones, es posible computar el funcionamiento óptico con una función de punto-diseminado,” dijo el Dr. Liang. “Esta información adicional lo ayudará a comprender la calidad del funcionamiento visual –qué tan bien los pacientes están creando imágenes de los objetos.”

Una vez los cirujanos han interpretado el mapa bi-dimensional y los datos adicionales presentados, pueden utilizar esta información para programar un láser y realizar el LASIK a la medida.

De micras a dioptrías

Si el cirujano decide realizar cirugía de LASIK, puede determinar la cantidad de tejido que sufrirá la ablación, con la ayuda de matemáticas simples, dijo el Dr. Holladay.

“Los cirujanos le pueden agregar la desviación al grosor corneal y decidir cuántas pulsaciones del láser – a 0.2 micras por pulsación – es necesario administrarle a las áreas imperfectas de la córnea,” dijo el Dr. Holladay.

“Es fácil decidir en cuánto tejido hay que realizar ablación con el láser de éxcimer cuando las aberraciones son convencionales, como en el caso del astigmatismo y en el desenfoque, porque existe una relación de 1 a 1entre las dioptrías y el valor en micras,” señaló el Dr. Liang. “El aberrómetro calculará la conversión que usted requiere.”

Sin embargo, en el caso de las aberraciones de alto orden, la conversión se hace más difícil, señaló el Dr. Holladay.

“Una vez que los cirujanos enfrentan aberraciones de alto orden, los cálculos son mucho más complicados,” dijo el Dr. Holladay. En general, convertir de micras a dioptrías ha sido difícil para los oftalmólogos porque la mayoría están entrenados para el análisis de errores refractivos en valores de dioptrías, no en micras.

“Por lo tanto, dijo, “Es un problema para los oftalmólogos que han utilizado dioptrías durante los últimos 20 años. Actualmente, deben deshacerse de todo lo que han aprendido y empezar a pensar en micras.” Por esa razón, considera que muchos cirujanos podrían tomar mucho tiempo para adaptarse a la tecnología de frente de onda.

El Dr. Holladay considera que los cirujanos deben observar estrictamente el mapa de frente de onda para obtener una representación real al momento de analizar los errores.

“Similarmente que en la topografía, el mapa los guiará,” agregó.

Ablación con láser

El sensor de frente de onda le proporciona información sobre el error refractivo al láser de éxcimer. “El láser de éxcimer recibe la información en forma de Zernike y la convierte en algoritmos,” mencionó el Dr. Liang. “Un algoritmo es una función matemática que calcula la cantidad de corrección necesaria para cada aberración.

“Los algoritmos deciden cuánta energía es necesaria en cada pulsación de luz ultravioleta para poder aplicar ablación a un defecto de la córnea,” explicó el Dr. Liang.

No todos los algoritmos del láser de éxcimer son iguales.

“Las diferentes marcas de láseres tienen diferentes métodos de cálculo para sus algoritmos. Por lo tanto el nivel de energía de láser dirigida a cada aberración es un poco diferente en cada láser,” dijo.

La ablación con láser corrige las áreas designadas del modo que ha sido especificado por los programas. Idealmente, la córnea es tallada nuevamente de forma que permite una visión óptima.

Induce menos aberración

Se considera que el LASIK guiado por análisis de frente de onda induce menos aberraciones que el LASIK común, que corrige únicamente el desenfoque y el astigmatismo.

“El LASIK guiado por análisis de frente de onda induce menos errores que el LASIK común porque corrige más aberraciones de alto orden que el LASIK común no puede corregir,” señaló el Dr. Holladay. “Por lo tanto, es menos dañino para el sistema óptico del paciente.”

Sin embargo, las aberraciones ópticas aún se mantendrán en ambos tipos de pacientes, porque la ablación con láser siempre induce nuevos errores, agregó.

“Como la ciencia desconoce cuáles son las medidas ideales absolutas de un sistema óptico perfecto, involuntariamente inducimos aberraciones cada vez que le aplicamos ablación a la córnea,” dijo el Dr. Holladay.

“Estas aberraciones existen porque los cirujanos operan basándose en suposiciones sobre cuales son las cualidades de perfección del ojo,” dijo el Dr. Mrochen. “Actualmente, desconocemos cómo es un sistema óptico perfecto. Hasta cuando los científicos y los oftalmólogos comprendan mejor las características dinámicas del ojo humano, siempre existirán las aberraciones inducidas por tecnología.

“Sin embargo, por ahora, con la tecnología de análisis de frente de onda tenemos un sistema extremadamente sofisticado. Por lo tanto, aún podemos corregir los tipos más importantes de aberraciones y dejar al paciente con una imagen más precisa del mundo,” dijo el Dr. Mrochen.

Para su información:

El Dr. Josef F. Bille, PhD, puede ser localizado en el Instituto de Física de la Universidad de Heildelberg, Im Neuenheimer Feld 227, D-69120, Heildelberg, Alemania; (49) 6221-549251; fax: (49) 6221-549839; correo electrónico: josef.bille@urz.uni-heidelberg.de.

El Dr. Junzhong Liang, PhD, es el principal ingeniero óptico de Visx y puede ser localizado en 3400 Central Expressway, Santa Clara, CA, EUA, 95051-7122; (408) 733-2020; fax: (408) 773-7278; correo electrónico: junzhonl@visx.com.

El Dr. Jack Holladay, MD, MSEE, FACS puede ser localizado en 5420 Dashwood St., Suite 207, Houston, TX 77081; EUA. (713) 668-7337; (713) 668-7336; correo electrónico: docholladay@docholladay.com.

El Dr. Michael Mrochen, PhD, puede ser localizado en la Universidad de Zurich, Departamento de Oftalmología Frauenklinik Str. 24 CH – 8091 Zürich Suiza; (41) 1 255 4993; fax: (41) 1 255 4472; correo electrónico: michael.mrochen@aug.usz.ch.

Glosario de Términos

Aberrómetro - Instrumento óptico que mide las aberraciones de onda del ojo más allá de la corrección refractiva esferocilíndrica.

Activador – Elementos activos de reposicionamiento que realizan desplazamiento superficial o deformación sobre un espejo deformable.

Óptica adaptiva – Construcciones ópticas o componentes cuyo rendimiento es evaluado por medio de un sensor de frente de onda y controlado para compensar las aberraciones por medio de un compensador de frente de onda.

Coma – Imagen difusa, con forma de cometa de una fuente localizada de luz producida por una aberración en el sistema óptico.

Espejo deformable – Espejos con una superficie refractiva controlada activamente.

Óptica del ojo – Sistema de refracción del ojo formado por la córnea, humor acuoso, cristalino y humor vítreo.

Objetivo de fijación – Un objetivo visual que ayuda a los pacientes a mantener la dirección de la visión y la acomodación del ojo en los instrumentos oftálmicos.

Función de la transferencia de la modulación: la razón de la modulación en una imagen que en el objeto original es una función de la frecuencia espacial (ciclos por grado) de un patrón de ondas sinewave.

Índice de aberración óptica: los valores entre 0 y 1. El cero representa un sistema óptico que está perfecto y el 1 representa aberraciones infinitas.

Función de punto – dispersión distribución energética de la luz asociada con la imagen de un objeto de punto perfecto (infinitesimal).

Quadrefoil – formas del análisis de frente de onda con simetría cuadruplicada.

Raíz cuadrada promedio – La Raíz cuadrada promedio (RMS) por sus siglas en inglés es la raíz cuadrada de la variación del frente de onda, el cuadrado promedio del error de análisis de frente de onda sobre la pupila.

Rayo deformado – Cualquier rayo que pase a través de un sistema óptico no es un rayo meridional. El plano que crea un rayo deformado no contiene el eje óptico.

Aberración esférica – es una radiación radialmente simétrica que produce variación en el poder refractivo como una función del radio anular en el plano de la pupila.

Trefoil– formas del frente de onda con simetría triple.

Tabla de tratamiento – un protocolo de tratamiento que contiene la secuencia, lugar y descripción del rayo de tratamiento.

Frente de onda – Una superficie que conecta todos los puntos del campo de una onda electromagnética que son equidistantes de una fuente de luz.

Descomposición de frente de onda – expansión de una función general de frente de onda en los términos de un conjunto de funciones polinomiales.

Polinomio de Zernike - Un conjunto completo de polinomios, presentados por F. Zernlike, que son ortogonales sobre la unidad interior de un círculo. Las aberraciones convencionales como el desenfoque, el astigmatismo, la comas, la aberración esférica están correlacionadas con un subconjunto de los polinomios de Zernlike.

El Glosario de Términos ha sido una cortesía de Junzhong Liang, PhD.