Calculations and Measurements of the Visual Benefit of Correcting the Higher-order Aberrations Using Adaptive Optics Technology

PurposeOur goal was to examine the accuracy of metrics, calculated using a numerical eye model including the measurement of the monochromatic aberrations of the eye, to predict the contrast sensitivity (CS) and visual acuity (VA) visual benefits (VB) of correcting higher-order aberrations (HO).MethodsWe measured, on the right eyes of 25 subjects (10 myopes and 15 emmetropes) aged 21 to 56 years, the 16 c/deg CS and high-contrast VA in two conditions of aberration corrections: (i) when correcting only the defocus and astigmatism terms and (ii) when dynamically correcting all the monochromatic aberration terms up to the 5th order. The measured VB was defined as the ratio of the performances between these two conditions of aberration corrections.ResultsWe measured a VB of 1.25 and 1.64 respectively in term of VA and CS. We did not find any influence of age on the VB and no statistical significant difference between the myopic and emmetropic group. The contrast sensitivity VB was well correlated (r2=0.79) with the ratio of the modulation transfer functions calculated at 16 c/deg in both conditions of aberrations corrections (i.e. MTF16c/deg HO/MTF16c/deg SC). The levels of correlation between various metrics and measured visual acuity VB were lower (r2=0.30 in the better case), however the averaged VB was correctly predicted by the ratio of the intersections between the MTF and a typically neural contrast threshold function.ConclusionsMetrics based on wave aberration measurements are able to predict the impact of monochromatic aberrations on CS.

ResumenObjetivoNuestro objetivo era analizar la validez y la precisión de los descriptores numéricos objetivos (calculados a partir de un modelo de ojo existente al que incorporamos las aberraciones monocromáticas del ojo de cada sujeto) a la hora de predecir los beneficios visuales (BV) sobre la sensibilidad al contraste (SC) o sobre la agudeza visual (AV) obtenidos tras corregir las aberraciones de alto orden.MétodosMedimos la SC a 16 c/grado y la AV de alto contraste en el ojo derecho de 25 sujetos (10 miopes y 15 emétropes) de edades comprendidas entre los 21 y los 56 años. Las medidas se realizaron en dos condiciones distintas de corrección de aberraciones: (i) cuando sólo los términos de desenfoque y de astigmatismo estaban corregidos y (ii) cuando todas las aberraciones monocromáticas hasta 5° orden fueron corregidas dinámicamente.La medida de los BV se definió como la razón de los resultados obtenidos en cada una de estas dos condiciones de corrección de aberraciones.ResultadosLos BV sobre la AV y la SC fueron, respectivamente, de 1,25 y de 1,64. No encontramos ninguna dependencia de los BV con la edad del sujeto, ni ninguna diferencia estadísticamente significativa entre el grupo miope y el emétrope. Se obtuvo una notable correlación (r2=0,79) entre los BV sobre la sensibilidad al contraste y la razón de los valores de la función de transferencia de modulación (MTF) para 16 c/grado en sendos casos de corrección de aberraciones (es decir, el valor de MTF16c/grado AltoOrden / MTF16c/grado Seg.Orden). El grado de correlación entre diversos descriptores objetivos y los BV sobre la agudeza visual fue menor (r2=0,30 en el mejor de los casos). No obstante, el valor promedio de los BV se pudo predecir con bastante exactitud partiendo del punto de corte de la MTF (para una condición de corrección dada) con una función de contraste umbral neural típica, y calculando luego la razón de estos valores correspondientes a las dos condiciones de corrección analizadas.ConclusionesLos descriptores numéricos basados en las medidas de la aberración de onda son capaces de predecir el impacto de las aberraciones monocromáticas sobre la SC.