Tissue-Saving Zernike Terms Selection in Customized Treatments for Refractive Surgery

PurposeTo study the possibility of performing customized refractive surgery minimising the amount of ablated tissue without compromising visual quality.MethodsA new algorithm for the selection of an optimized set of Zernike terms in customized treatments for laser corneal refractive surgery was developed. Its tissue saving attributes have been simulated on 100 different wave aberrations at 6mm diameter. Outcomes were evaluated in terms of how much depth and volume was saved for each condition (in micrometers and in percentage), whether the proposed correction consists of either a full wavefront correction or an aberration-free treatment, and whether the proposed depth or volume was less than the one required for the equivalent aberration-free treatment.ResultsSimulated outcomes showed an average saved depth of 5μm (0-16μm), and an average saved volume of 95μl (0-127μl) or 11% saved tissue (0-66% saved tissue). Proposed corrections were always less deep than full wavefront corrections and in 59% of the cases were less deep than equivalent aberration-free treatments.ConclusionsEven though Zernike modes decomposition is a mathematical description of the aberration, it is not the aberration itself. Not all Zernike modes affect the optical quality in the same way. The eye does not see through Zernike decomposition but with its own aberration pattern. However, it seems feasible to efficiently perform laser corneal refractive surgery in a customized form minimising the amount of ablated tissue without compromising the visual quality. Further clinical evaluations on human eyes are needed to confirm the preliminary simulated results presented herein.

ResumenObjetivoEstudiar la posibilidad de realizar tratamientos personalizados de cirugía refractiva donde se minimice la cantidad de tejido ablacionado sin que por ello se vea afectada la calidad visual.MétodosSe ha desarrollado un nuevo algoritmo para seleccionar un conjunto optimizado de términos de Zernike para su aplicación en tratamientos personalizados de cirugía refractiva corneal. Para 100 mapas de aberración de onda corneal (para un tamaño de pupila de 6 mm de diámetro), se ha simulado la capacidad de dicho algoritmo para preservar tejido corneal. El resultado de dicha simulación se ha analizado en función de cuanto espesor (en micras) o de cuanto volumen (en %) se preserva en cada situación (respecto a otra situación de referencia): si la corrección propuesta logra corregir todo el frente de onda o sólo las aberraciones de segundo orden, y si el espesor o el volumen que hay que ablacionar con esta configuración es menor que para un tratamiento estándar equivalente, donde se traten de corregir únicamente las aberraciones de segundo orden.ResultadosLas simulaciones arrojaron un “ahorro” promedio de tejido ablacionado igual a 5 μm en términos de espesor máximo que se ha de ablacionar (rango: 0-16 μm), igual a 95 μl en términos de volumen (rango: 0-127 μl); esto es, se preserva un 11% del tejido (rango: 0-66%) respecto al tratamiento de referencia. Las correcciones propuestas siempre requerían espesores ablacionados menores que los patrones diseñados para corregir todo el frente de onda, y en el 59% de los casos requerían incluso un espesor menor que los tratamientos estándar (aquellos en los que se pretende corregir únicamente las aberraciones de segundo orden).ConclusionesA pesar de que la descomposición en modos de Zernike es una descripción matemática de un patrón de aberración dado, no se corresponde exactamente con dicha aberración. No todos los modos de Zernike tienen el mismo efecto sobre la calidad óptica. El ojo no percibe su entorno “a través de” una descomposición en modos de Zernike de la aberración de onda, sino que se ve afectado por todo su propio patrón de aberración, de manera conjunta. Sin embargo, parece factible el llevar a cabo de manera eficiente tratamientos personalizados de cirugía refractiva corneal donde se minimice la cantidad de tejido ablacionado sin que por ello se vea afectada la calidad visual.Es necesario hacer más estudios en ojos humanos reales para poder confirmar los resultados preliminares de las simulaciones que aquí se presentan.