Optical and visual quality of presbyopia-correcting intraocular lenses

(English) The development of new presbyopia-correcting intraocular lens (IOL) designs, with their manufacturing and launching on the market makes optical characterization highly recommendable, allowing for a more objective and quantitative understanding of their properties before implantation, thus avoiding the influence of subjective and individual factors. International regulations require the evaluation of IOL optical and visual quality in both laboratory and clinical settings. This investigation focuses on the interaction of new presbyopia-correcting IOLs designs with ocular optical aberrations (in normal and astigmatic corneas), the effect of IOL decentration and tilt on image quality, and the potential risk of unwanted optical phenomena. In all these cases, studying the optical behavior of a set of diffractive trifocals, extended-depth-of focus (EDOF), and enhanced monofocal (EM) IOLs under controlled in vitro conditions serves as a valuable complement to clinical studies. The optical quality of IOLs is evaluated through preclinical metrics based on the modulation transfer function (MTF), the estimation of postoperative visual acuity, range of vision and halo. Characterization was conducted using an optical bench equipped with a model eye consisting of a saline-filled wet cell in which the commercial presbyopia-correcting IOLs under study are immersed one by one. Adaptive optics was used to introduce controlled amounts of corneal aberration. This configuration allows for an objective, patient-independent assessment and enables control over factors such as pupil size, corneal aberrations, and lens alignment, aspects difficult to control in clinical practice. The experimental setups approximately reproduced the conditions under which the lens is implanted in the eye, in accordance with current international standards (ISO 11979-2-2024 and ANSI Z80.35-2018). An upgrade of the optical setup to allow for depth of field scanning in the object space has been initiated with the characterization of tunable focus lenses (FTL). To complement and validate the characterization of intraocular lenses (IOLs) in the optical bench, this work also includes studying visual quality using the SimVis Gekko visual simulator, which allows dynamic reproduction of vision with different intraocular lens designs before the cataract surgery. We also provide clinical results, obtained through collaborative research, that demonstrate excellent agreement with the laboratory findings. These data include visual assessments (with and without astigmatism) of pseudophakic patients implanted with the same presbyopia-correcting IOLs tested in the optical laboratory. (Català) El desenvolupament de nous dissenys de lents intraoculars (LIO) correctores de la presbícia, amb la seva fabricació i llançament al mercat, fa que la caracterització òptica sigui altament recomanable, permetent una comprensió més objectiva i quantitativa de les seves propietats abans de la implantació, evitant així la influència de factors subjectius i individuals. Les normatives internacionals exigeixen l'avaluació de la qualitat òptica i visual de les LIOs tant en entorns de laboratori com clínics. Aquesta investigació es centra en la interacció dels nous dissenys de LIOs correctores de la presbícia amb les aberracions òptiques oculars (en còrnies normals i astigmàtiques), l'efecte de la descentrament i la inclinació de les LIOs sobre la qualitat de la imatge i el risc potencial de fenòmens òptics no desitjats. En tots aquests casos, estudiar el comportament òptic d'un conjunt de LIOs trifocals difractives, de profunditat de focus estesa (EDOF) i monofocals millorades (EM) en condicions controlades in vitro serveix com un complement valuós als estudis clínics. La qualitat òptica de les LIOs s'avalua mitjançant mètriques preclíniques basades en la funció de transferència de modulació (MTF), l'estimació de l'agudesa visual postoperatòria, el rang de visió i els halos. La caracterització s'ha dut a terme mitjançant un banc òptic equipat amb un ull model que consisteix en una cambra plena de solució salina en la qual s'immergeixen, d’una en una, les LIOs comercials correctores de presbícia en estudi. S'ha utilitzat òptica adaptativa per introduir quantitats controlades d'aberració corneal. Aquesta configuració permet una avaluació objectiva i independent del pacient i permet controlar factors com la mida de la pupil·la, les aberracions corneals i l'alineació de la lent, aspectes difícils de controlar a la pràctica clínica. Les configuracions experimentals van reproduir aproximadament les condicions en què la lent s'implanta a l'ull, d'acord amb els estàndards internacionals actuals (ISO 11979-2-2024 i ANSI Z80.35-2018). S'ha iniciat una actualització de la configuració òptica per permetre l'escombrat de la profunditat de camp a l'espai de l'objecte amb la caracterització de lents de focal sintonitzable. Per complementar i validar la caracterització de les LIOs al banc òptic, aquest treball també inclou l'estudi de la qualitat visual mitjançant el simulador visual SimVis Gekko, que permet la reproducció dinàmica de la visió amb diferents dissenys de LIOs abans de la cirurgia de cataractes. També proporcionem resultats clínics, obtinguts a través de la investigació col·laborativa, que demostren una excel·lent concordança amb els resultats de laboratori. Aquestes dades inclouen avaluacions visuals (amb i sense astigmatisme) de pacients pseudofàquics implantats amb les mateixes LIOs correctores de presbícia provades al laboratori òptic. (Español) El desarrollo de nuevos diseños de lentes intraoculares (LIO) para la corrección de la presbicia, junto con su fabricación y lanzamiento al mercado, hace que su caracterización óptica sea muy recomendable, permitiendo una comprensión más objetiva y cuantitativa de sus propiedades antes de la implantación, evitando así la influencia de factores subjetivos e individuales. Las normativas internacionales exigen la evaluación de la calidad óptica y visual de las LIOs tanto en entornos de laboratorio como en estudios clínicos. Esta investigación se centra en la interacción de los nuevos diseños de LIOs para la corrección de la presbicia con las aberraciones ópticas oculares (en córneas normales y astigmáticas), el efecto del descentramiento y la inclinación de las LIO sobre la calidad de la imagen y el riesgo potencial de fenómenos ópticos no deseados. En todos estos casos, estudiar el comportamiento óptico de un conjunto de LIOs trifocales difractivas, de profundidad de foco extendida (EDOF) y monofocales mejoradas (EM), en condiciones in vitro controladas, constituye un valioso complemento a los estudios clínicos. La calidad óptica de las LIOs se evalúa mediante métricas preclínicas basadas en la función de transferencia de modulación (MTF) así como en la estimación de la agudeza visual postoperatoria, el rango de visión y los halos. La caracterización se llevó a cabo utilizando un banco óptico equipado con un ojo modelo compuesto por una cubeta rellena de solución salina, en la que se sumergen cada una de las LIOs comerciales estudiadas. Se empleó óptica adaptativa para introducir cantidades controladas de aberración corneal. Esta configuración permite una evaluación objetiva e independiente del paciente, y posibilita el control de factores como el tamaño pupilar, las aberraciones corneales y la alineación de la lente, aspectos difíciles de controlar en la práctica clínica. Las configuraciones experimentales reproducen aproximadamente las condiciones bajo las cuales la lente se implanta en el ojo, de acuerdo con los estándares internacionales actuales (ISO 11979-2-2024 y ANSI Z80.35-2018). Se ha iniciado una actualización del sistema óptico para permitir el barrido de la profundidad de campo en el espacio objeto con la caracterización de lentes de foco ajustable. Para complementar y validar la caracterización de las LIOs realizada en el banco óptico, este trabajo también incluye el estudio de la calidad visual mediante el simulador visual SimVis Gekko, que permite la reproducción dinámica de la visión con distintos diseños de LIOs antes de la cirugía de cataratas. Asimismo, se presentan resultados clínicos, obtenidos a través de investigaciones colaborativas, que muestran una excelente concordancia con los resultados de laboratorio. Estos datos incluyen evaluaciones visuales (con y sin astigmatismo) en pacientes pseudofáquicos implantados con las mismas LIOs para la corrección de la presbicia analizadas en el laboratorio óptico.