[Combination of lens decentration and tilt in phakic and pseudophakic eyes-Optical simulation of defocus, astigmatism and coma].

BACKGROUND AND PURPOSE

The effect of lens decentration and tilt on retinal image quality has been extensively studied in the past in simulations and clinical studies. The purpose of this study was to analyze the effect of combined lens decentration and tilt on the induction of defocus, astigmatism and coma in phakic and pseudophakic eyes.

METHODS

Simulations were performed with Zemax on the Liou-Brennan schematic model eye. Based on the position of the gradient lens the image plane was determined (best focus). The lens was decentered horizontally from -1.0 mm to 1.0 mm in steps of 0.2 mm and tilted with respect to the vertical axis from -10° to 10° in steps of 2° (in total 121 combinations of decentration and tilt). For each combination of decentration and tilt defocus, astigmatism (in 0/180°) and horizontal coma was extracted from wave front error and recorded for a pupil size of 4 mm. After replacement of the gradient lens with an aberration correcting artificial lens implant model with the equatorial plane of the artificial lens aligned to the equatorial plane of the gradient lens, the simulations were repeated for the pseudophakic eye model.

RESULTS

For the lens positioned according to the Liou-Brennan schematic model eye the simulation yielded a defocus of 0.026 dpt/-0.001 dpt, astigmatism of -0.045 dpt/-0.018 dpt, and a coma of -0.015 µm/0.047 µm for phakic/pseudophakic eyes. Maximum values were observed for a horizontal decentration of 1.0 mm and a tilt with respect to the vertical axis of 10° with 1.547 dpt/2.982 dpt for defocus, 0.971 dpt/1.871 dpt for astigmatism, and 0.441 µm/1.209 µm for coma. Maximum negative values occurred in phakic/pseudophakic eyes with -0.293 dpt/-1.224 dpt for defocus, for astigmatism -0.625 dpt/-0.663 dpt and for coma -0.491 µm /-0.559 µm, respectively.

CONCLUSION

In this simulation study the effect of a combination of lens decentration in horizontal direction and tilt with respect to the vertical axis on defocus, astigmatism and horizontal coma was analyzed. The results may help to describe in clinical routine if with a decentered or tilted artificial lens implant the postoperative refraction does not match the target refraction or the resulting astigmatism after cataract surgery is not fully explained by measurement of corneal astigmatism.

ZUSAMMENFASSUNG

HINTERGRUND UND ZIELSETZUNG: Der Einfluss von Dezentrierung und Verkippung von Kunstlinsen auf die Abbildungsqualität ist in den vergangenen Jahren ausgiebig in Simulationen wie auch klinischen Studien untersucht worden. Ziel dieser Arbeit ist es, den Einfluss der Dezentrierung und Verkippung auf die Induktion von Defokus, Astigmatismus und Coma im phaken und pseudophaken Auge zu untersuchen.

METHODEN

Auf der Basis des Liou-Brennan-Modellauges wurde eine Simulation mit Zemax durchgeführt. Ausgehend von der im Augenmodell beschriebenen Position der Gradientenlinse, wurde nach der Bestimmung der Fokusebene die Linse von −1,0 bis 1,0 mm in Schritten von 0,2 mm horizontal dezentriert und von −10° bis 10° in Schritten von 2° um die vertikale Achse verkippt. Zu jeder der 121 Kombinationen wurde bei einer Pupille von 4 mm der Defokus, der reguläre Astigmatismus in 0/180° sowie die horizontale Coma aus der Wellenfront extrahiert. Analog zum phaken Auge wurde die Gradientenlinse durch ein aberrationskorrigierendes Kunstlinsenmodell ersetzt und die Simulation für das pseudophake Auge wiederholt.

ERGEBNISSE

Ist die Linse im phaken/pseudophaken Auge entsprechend den Vorgaben des Liou-Brennan-Modellauges positioniert, ergibt die Simulation einen Defokus von 0,026/−0,001 dpt, einen Astigmatismus von −0,045/−0,018 dpt sowie eine Coma von −0,015/0,047 µm. Maximale Werte treten bei einer Dezentrierung von 1,0 mm und einer Verkippung von 10° auf: 1,547/2,982 dpt für den Defokus, 0,971/1,871 dpt für den Astigmatismus sowie 0,441/1,209 µm für die Coma. Maximal negative Werte treten im phaken/pseudophaken Auge auf bei: −0,293/−1,224 dpt für den Defokus, −0,625/−0,663 dpt für den Astigmatismus sowie −0,491/−0,559 µm für die Coma.

DISKUSSION

In dieser Studie wurde erstmals der Effekt einer Kombination aus horizontaler Dezentrierung der Linse und Verkippung um die Vertikale auf den induzierten Defokus, Astigmatismus sowie die horizontale Coma in einem Simulationsmodell untersucht. Die Ergebnisse können bei der Ursachenforschung helfen, wenn bei dezentrierter oder verkippter Kunstlinse die Zielrefraktion nicht mit der erreichten Refraktion übereinstimmt oder der resultierende Astigmatismus durch den Hornhautastigmatismus alleine nicht erklärbar ist.

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