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ARTÍCULOS
CIENTÍFICOS
La aberración esférica ocular:
inducción y corrección quirúrgica
David P Piñero Llorens 1 O.D. nº 11.103 - Dolores Ortiz Márquez 2
El sistema óptico del ojo no es un sistema perfecto y está afectado por lo que se conoce como aberraciones ópticas. Estas aberraciones provocan una deformación de la imagen ocular que afecta a la calidad visual del individuo.
En la cirugía refractiva corneal (PRK, LASEK, EPILASIK o LASIK) se induce un cambio en la geometría corneal con
el fin de compensar el defecto esferocilíndrico ocular pero, sin embargo y de forma no intencionada, también se está
modificando el patrón aberrométrico del ojo, en concreto, induciendo lo que se conoce como aberración esférica. En
este trabajo se presenta una descripción de los diferentes perfiles de ablación utilizados actualmente para minimizar la inducción de este defecto con el tallado del láser excimer, separados en dos tipos: los perfiles optimizados,
que proponen un perfil asférico corneal que trata de reproducir el prolatismo fisiológico de la córnea; y los personalizados o customizados, que realizan una distribución asimétrica de la energía del láser con el fin de ablacionar sólo
aquellas áreas de la córnea que nos interese con el fin de reducir las aberraciones ópticas hasta un nivel que resulte fisiológico.
INTRODUCCIÓN
El ojo es un sistema óptico formado por varios
elementos, entre ellos, dos lentes (córnea y
cristalino), que aportan el poder dióptrico
conjunto del sistema, y un diafragma (pupila),
que limita la cantidad de luz que entra en el
sistema controlando a su vez la calidad de la
imagen retiniana. Este sistema, como cualquier otro sistema óptico, presenta unas limitaciones en su poder de resolución, debidas
principalmente a dos tipos de factores: por un
lado, factores ópticos y, por el otro, factores
retinianos. Los factores retinianos no pueden
ser modificados, puesto que se trata de la
limitación impuesta por la morfología del
mosaico retiniano, responsable del muestreo
de la imagen retiniana.
Dentro de los factores ópticos nos encontramos la dispersión luminosa, la difracción y las
aberraciones ópticas presentes en el sistema
óptico ocular. El fenómeno de la dispersión es
debido principalmente a la composición del
material intraocular y a la transmitancia de
cada uno de los elementos del sistema. La
difracción, en cambio, es debida a la naturaleza ondulatoria de la luz y consiste en el
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aumento de la distorsión de la imagen retiniana a medida que la apertura pupilar se reduce. Por tanto, sólo se manifiesta de un modo
significativo, cuando el ojo se halla en condiciones fotópicas, coincidiendo entonces con
la situación de minimización del efecto de las
aberraciones ópticas.
Las aberraciones ópticas, por su parte, son
defectos ópticos del sistema ocular que se
manifiestan en una distorsión y desenfoque
de la imagen retiniana. Estos defectos del sistema óptico ocular fueron descritos durante el
siglo XX1-8, a la vez que se han ido desarrollando dispositivos cada vez más precisos para
tratar de medirlos9-16. Estos defectos se pueden clasificar en monocromáticos y policromáticos en función de que se pongan de
manifiesto para una sola longitud de onda o
para luz blanca, que incluiría todas las longitudes de onda del espectro visible. Dentro de
los defectos ópticos monocromáticos que
pueden estar presentes en el sistema óptico
ocular hallamos el error esferocilíndrico o
segundo orden, compensable en gafa, así
como otros defectos más complejos que
englobamos con el término alto orden, incluyendo defectos ópticos como el coma o la
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Figura 1. Topografía y aberrometría corneal tras LASIK miópico con perfil de ablación clásico.
1A. Topografía corneal. Se puede observar claramente la diferencia de curvatura entre porción central y periférica.
1B. Aberrometría corneal. Arriba en la parte izquierda se puede apreciar el mapa de frente de onda total. A la derecha
se aprecia la descomposición en componentes del frente de onda total. De izquierda a derecha y de arriba abajo
podemos apreciar el mapa de astigmatismo, el mapa de aberración esférica, el mapa del coma y, por último, el mapa
de los defectos de alto orden residuales. Todo ello está calculado para una pupila de 6.0 mm. En el mapa de aberración
esférica se puede apreciar esa mayor deformación del frente de onda en un área anular periférica.
aberración esférica. Diversos estudios han tratado de establecer los
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niveles fisiológicos o normales de
cada uno de los defectos ópticos
que pueden estar presentes en el ojo
para diferentes tamaños pupilares1725
, habiéndose comprobado la existencia de una gran variabilidad intersujetos. A su vez, también se ha
analizado el perfil aberrométrico fisiológico de la córnea26, 27. Tanto a nivel
corneal como ocular, el alto orden
aberrométrico sufre un incremento
con la edad28, 29, lo cual nos permitiría
explicar en parte el decremento de la
agudeza visual.
El defecto esferocilíndrico se mide
fácilmente en consulta por medio de
las lentes esféricas y cilíndricas de la
caja de prueba, y forma lo que se
conoce como el segundo orden. En
cambio, los defectos de alto orden
son algo más difíciles de caracterizar.
Para ello, se emplean sensores de
frente de onda para la medición de
aberraciones oculares y topógrafos
para la determinación de las aberraciones corneales. Con estos instrumentos deducimos la forma del frente de onda luminoso, imagen que
emergerá tras atravesar la óptica
ocular la luz proveniente de un objeto puntual. Puesto que la forma geométrica de este frente de onda es de
una alta complejidad matemática, se
emplea la descomposición de Zernike. Ésta consiste en la descomposición de la forma total compleja del
frente de onda en pequeñas funciones básicas cuya suma da como
resultado el total. Cada una de estas
funciones describe un defecto específico de un frente de onda que se
halla englobado dentro de un orden
según el grado polinómico de la función. El coma primario y el trefoil forman el tercer orden, mientras que el
cuarto orden se halla constituido por
el quadrafoil, el astigmatismo secundario y la aberración esférica primaria.
Cualquier anomalía que se presente
o modificación que se genere en
alguno de los elementos ópticos del
sistema ocular (córnea, cristalino) va
a suponer cambios en el patrón aberrométrico, ya que el comportamiento
óptico del sistema resultará diferen-
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orden o defecto esferocilíndrico. A su vez, por
el efecto de la ablación de tejido los defectos
de alto orden también sufren cambios. Concretamente, se ha constatado en diversos
estudios la inducción significativa de aberraciones de alto orden con la cirugía incisional30
y con la cirugía PRK o LASIK usando los algoritmos de ablación clásicos31-42. Principalmente, se inducen defectos cromáticos primarios
y aberración esférica primaria. Estos defectos
son los responsables de las múltiples molestias en visión nocturna y de la pérdida de agudeza visual mejor corregida presentes en
algunos pacientes insatisfechos43.
LA ABERRACIÓN ESFÉRICA TRAS CIRUGÍA
REFRACTIVA CON LÁSER EXCÍMER
Figura 2. Topografía y aberrometría corneal tras LASIK hipermetrópico con perfil de ablación clásico.
2A. Topografía corneal. Se puede observar claramente la diferencia de curvatura entre porción central
y periférica.
2B. Aberrometría corneal. Arriba en la parte izquierda se puede apreciar el mapa de frente de onda
total. A la derecha se aprecia la descomposición en componentes del frente de onda total. De izquierda
a derecha y de arriba abajo podemos apreciar el mapa de astigmatismo, el mapa de aberración
esférica, el mapa del coma y, por último, el mapa de los defectos de alto orden residuales. Todo ello
está calculado para una pupila de 6.0 mm. En el mapa de aberración esférica se puede apreciar esa
mayor deformación del frente de onda en el área central.
te. Uno de los ejemplos más claros es el de la
cirugía refractiva corneal. Con cualquiera de
las técnicas, sean técnicas incisionales o técnicas de aplicación con láser excímer (PRK,
LASEK, EPILASIK o LASIK), se están induciendo unas modificaciones en la geometría
corneal con el fin de compensar el segundo
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La aberración esférica primaria es un defecto
perteneciente al cuarto orden de la descomposición de Zernike, y se debe a la diferencia
de poder refractivo entre la zona central de un
sistema óptico y la zona periférica. De este
modo, todos los rayos que atraviesan el sistema no focalizan en el mismo punto. En el caso
del ojo, ciertos rayos quedarán enfocados en
el plano retiniano, mientras que otros focalizarán delante (aberración esférica negativa) o
detrás (aberración esférica positiva) del plano
retiniano, dando lugar a una zona concéntrica
de borrosidad alrededor del punto enfocado o
halo. Este halo será más significativo cuanto
mayor sea la apertura del sistema, es decir,
cuanto mayor sea el diámetro pupilar, ya que
entra en juego una mayor área periférica. Evidentemente, este defecto genera una gran
incomodidad en el paciente, sobre todo en
condiciones de visión nocturna.
El tallado llevado a cabo por la ablación del
láser excímer con el fin de compensar el
defecto refractivo miópico basándose en la
ecuación de Munnerlyn o fundamentos derivados de éste lleva asociado inherentemente
una inducción de aberración esférica positiva52-54. Este fenómeno es producido por un
aplanamiento de la curvatura central sin tener
en cuenta la forma preoperatoria asférica de
la córnea. Evidentemente, hay una disminución significativa del poder refractivo central
del sistema óptico ocular, pero un incremento
en la periferia (Figura 1A y 1B). Este efecto
se magnifica a medida que aumentamos el
grado de corrección miópica, puesto que la
diferencia refractiva entre centro y periferia se
agudiza. Nuevos diseños de ablación48,55-62,
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una ablación en la que no se ha tenido en cuenta la forma asférica preoperatoria de la misma. En concreto, la
porción central presenta un mayor
poder refractivo con respecto a la porción periférica del sistema óptico
(Figura 2A y 2B). Esto, evidentemente, también se traduce en la presencia
de un halo molesto, cuya percepción
se magnifica en condiciones de oscuridad (mayor tamaño pupilar). Al igual
que para la miopía, también se han
diseñado algoritmos asféricos de
ablación para prevenir su inducción
durante la cirugía. Al igual que antes,
el problema es lograr la resolución de
aquellos casos en los que debido a un
perfil de ablación clásico la córnea se
halla altamente aberrada y el paciente
insatisfecho.
De todos modos, hay que tener en
cuenta que existen otros factores que
contribuyen a la agudización del problema de inducción de aberración
esférica y que son más difíciles de
controlar, como puedan ser la pérdida
de eficiencia láser a medida que nos
alejamos radialmente del centro de la
córnea, la cicatrización epitelial o la
respuesta biomecánica de la estructura corneal60.
PERFILES DE ABLACIÓN
OPTIMIZADOS
Figura 3. Perfil esférico de ablación diseñado por medio del software ORK-CAM de Schwind.
3A. Perfil de ablación asférico miópico.
3B. Perfil de ablación asférico hipermetrópico.
empleando geometría asférica, se han
ido desarrollando, sobre todo para
minimizar la inducción de aberración
esférica positiva con la ablación miópica. Evidentemente, con la nueva
tecnología y los nuevos perfiles de
ablación se ha logrado una minimización de este defecto óptico. El problema estriba sobre todo en la resolución
de antiguos casos en los que existe
una inducción altamente significativa
de aberración esférica por el uso de
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algoritmos de ablación clásicos.
Por otro lado, la ablación para la compensación hipermetrópica consiste en
la ablación de tejido a nivel periférico
para lograr un aumento de la curvatura corneal central. En este caso, nos
hallamos justo en la situación opuesta: existe un incremento de la aberración esférica negativa49, 63. Por tanto,
hay una diferencia significativa de
poder refractivo entre la porción central y periférica de la córnea, debido a
Los perfiles de ablación optimizados
se están transformando en una manera de proceder estándar cuando se
lleva a cabo cirugía refractiva con
láser excímer. No es más que una
manera de tratar de minimizar la
inducción de aberración esférica inherente al tallado de la ablación basado
en un algoritmo clásico (fundamentado en la ecuación de Munnerlyn).
Es evidente que la geometría de la
cara anterior de la córnea no es esférica, sino que existe un aplanamiento
gradual de la curvatura hacia la periferia. En otras palabras, se trata de una
superficie asférica. Por ese motivo no
tiene sentido aplicar un perfil de ablación basado en la creación de una
superficie esférica, puesto que en la
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zona óptica se mantendrá esa esfericidad,
pero existirá una transición brusca al llegar a la
zona no ablacionada que proporcionará una imagen fuera de foco. Por ello, surgen los diseños
de ablación asféricos que tratan de lograr una
transición gradual entre zona ablacionada y la no
ablacionada, proporcionando un perfil asférico
corneal que trata de reproducir el prolatismo
fisiológico de la córnea. Ese prolatismo es el que
permite el equilibrio aberrométrico entre córnea
y cristalino, y genera un comportamiento óptico
satisfactorio.
Actualmente existen diversas plataformas
comerciales que permiten la generación de perfiles de ablación asféricos (Figura 3A y 3B).
Diversos estudios han puesto de manifiesto la
eficacia y seguridad de este tipo de tratamientos48,58,61-67. De entre ellos podemos destacar los
siguientes sistemas comerciales: CATz de
Nidek, CRS-Master de Zeiss, ORK-CAM de
Schwind, Custom-Q de Wavelight, etc…
PERFILES DE ABLACIÓN CUSTOMIZADOS
O PERSONALIZADOS
Figura 4. Diseño de una ablación guiada por frente de onda corneal con el sistema ORK-CAM de
Schwind en un paciente intervenido de LASIK miópico con un nivel significativo de aberración
esférica postoperatoria.
A. Topografía corneal preoperatoria.
B. Aberrometría corneal. De arriba abajo y de izquierda a derecha la gráfica muestra el
frente de onda total, astigmático, de la aberración esférica primaria, del coma primaria
y de las aberraciones de alto orden residuales.
C. Diseño de la ablación.
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Cuando hablamos de personalización o customización de la ablación, no nos referimos al
empleo de un perfil de ablación asférico estándar, sino a una distribución asimétrica de la energía del láser con el fin de ablacionar sólo aquellas áreas de la córnea que nos interesen. La
finalidad es reducir las aberraciones ópticas
hasta un nivel que resulte fisiológico, de modo
que el paciente alcance una mayor calidad de
visión y, por tanto, satisfacción. Diversos estudios han puesto de manifiesto la aplicabilidad de
estos sistemas de customización68-71.
Existen dos métodos para personalizar la ablación: customización o personalización ocular y
corneal. En el caso de la customización ocular,
se toma una medición de las aberraciones del
sistema óptico ocular global, es decir, teniendo
en cuenta córnea y cristalino, y a partir de esa
información se diseña la ablación que minimice
la inducción de aberraciones y que, a su vez,
minimice las ya existentes. Evidentemente, para
poder llevar a cabo este tipo de tratamientos es
necesaria una medición precisa previa de las
aberraciones oculares por medio de instrumentos denominados aberrómetros o sensores de
frente de onda. Con este tipo de instrumentos
se pueden llegar a analizar 1.452 puntos o
menos, dependiendo del modelo específico
considerado72. Éste es uno de los principales
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REFERENCIAS
motivos por los que este tipo de ablaciones resulta menos efectiva en
pacientes con elevados niveles de aberraciones corneales por cirugía refractiva previa con algoritmos clásicos, complicaciones quirúrgicas durante el
procedimiento LASIK, cicatrices corneales o heridas73. No debemos olvidar
que con los sistemas topográficos
actuales que calculan aberraciones corneales se logran estudiar más de 6.000
puntos, dando lugar a un análisis más
pormenorizado.
Una de las grandes limitaciones de este
tipo de tratamiento es la incapacidad de
medir con precisión grandes cantidades
de aberraciones por parte de algunos
aberrómetros. Este hecho sobre todo
sucede con los aberrómetros en los
que se subdivide el frente de onda
para su análisis, puesto que muchas
veces los spots asociados a cada una
de las porciones del frente de onda se
superponen y resulta imposible un análisis preciso, teniendo en cuenta que
además se supone que el frente de
onda en cada una de sus porciones es
localmente plano, pudiendo suponer
este hecho la inducción de errores significativos en el cálculo final.
Las ablaciones guiadas por frente de
onda total han demostrado ser efectivas para la reducción parcial de la aberración esférica y sobre todo para la
minimización de la inducción de la
misma en córneas sanas sin cirugías
refractivas previas74-79. También se ha
probado su efectividad en retratamientos con niveles moderados de aberración esférica y coma, hallándose una
eficacia en la corrección aberrométrica
aceptable80-85.
La ablación guiada por frente de onda
corneal ha probado su eficacia en la
corrección aberrométrica en córneas
altamente aberradas (cirugía refractiva,
queratoplastia o herida corneal penetrante)86-90. Estos casos muestran claramente la aplicabilidad de estos perfiles
para la normalización del perfil aberrométrico corneal. Por este motivo, en
córneas altamente aberradas resulta
preferible la customización o personalización corneal. Hay que tener en cuenta que la superficie corneal anterior es
la que ha sido aberrada con un procedimiento previo y además sabemos
que es la que supone una mayor contribución al poder refractivo total del
ojo, puesto que dicha superficie supone el cambio de índices de refracción
más significativo de la óptica ocular.
Existen diversos topógrafos que disponen de un software que proporciona
las aberraciones asociadas a la superficie corneal anterior. Éstas habitualmente son calculadas mediante la conversión de los datos de elevación en el
perfil del frente de onda mediante la
descomposición de Zernike. Existen
varios topógrafos que proporcionan
aberrometría corneal: el sistema CSO
(CSO) (Figura 4), Keratron (Optikon),
etc.
CONCLUSIONES
La aberración esférica es un defecto
óptico de alto orden altamente molesto
y en correlación con los síntomas de
mala visión nocturna. La cirugía refractiva llevada a cabo con perfiles de ablación clásicos era una fuente de inducción de este tipo de defecto.
Actualmente existen perfiles de ablación
para minimizar la inducción de este
defecto con el tallado del láser excímer,
como son los perfiles optimizados, los
cuales tienen en cuenta la forma corneal
preoperatoria para lograr una córnea
postoperatoria con una forma más fisiológica. Este procedimiento ya es una
práctica habitual para muchos de los
cirujanos.
Adicionalmente, se han desarrollado
sistemas para la corrección de niveles
muy marcados de aberración esférica
debidos a cirugías refractivas previas
con algoritmos clásicos. Actualmente,
se sigue investigando nuevos diseños
de ablación para lograr mejores resultados, así como la reducción del spot del
láser excímer con el fin de lograr un
tallado más preciso.
DATOS DE LOS AUTORES
David P Piñero Llorens, DOO, OC
11.103, Licenciado en Documentación.
2
Dolores Ortiz Márquez, Doctora en
Físicas.
1
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