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Journal Français d'Ophtalmologie
Vol 28, N° 6  - juin 2005
pp. 599-604
Doi : JFO-06-2005-28-6-0181-5512-101019-200503206
Comparaison des aberrations optiques oculaires d’ordre élevé induites par différentes géométries de lentilles multifocales
 

C. Peyre [1], L. Fumery [2], D. Gatinel [3 et 4]
[1] Service d’Ophtalmologie, Hôpital Max Fourestier, Nanterre.
[2] Société Bausch et Lomb France, Montpellier.
[3] Fondation Ophtalmologique A. de Rothschild, Paris.
[4] Service d’Ophtalmologie, Hôpital Bichat-Claude Bernard, Paris.

Tirés à part : D. Gatinel

[5] Service d’Ophtalmologie, Hôpital Bichat-Claude Bernard, 46, rue Henri-Huchard, 75018 Paris. gatinel@aol.com

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Comparaison des aberrations optiques oculaires d’ordre élevé induites par différentes géométries de lentilles multifocales

But de l’étude : Analyser l’effet de différentes géométries de lentilles multifocales sur les aberrations optiques oculaires d’ordre élevé grâce au recueil et à la décomposition du front d’onde par les polynômes de Zernike.

Matériels et méthodes : Trente yeux de sujets jeunes non presbytes ont été équipés de 8 lentilles multifocales différentes. Les lentilles adaptées étaient les suivantes : Soflens-Multifocale HIGH, Soflens-Multifocale LOW, Focus Progressive, Acuvue Bifocale ADD +2,00, Rythmic Multifocale P1, Rythmic Multifocale P2, Proclear N ADD +2,00 (Vision de Près centrale), et la Proclear D ADD +2,00 (Vision de loin centrale). Chaque lentille corrigeait la vision de loin du patient. Les examens aberrométriques ont été effectués successivement sans lentille, puis avec chaque lentille. Tous ces examens ont été réalisés grâce à l’aberromètre de Shack-Hartmann, Zywave® (Bausch et Lomb).

Résultats : Après la pose de chaque lentille, le taux global d’aberrations optiques de haut degré a augmenté. Le résultat le plus significatif concernait le coefficient de Zernike a(4,0) qui était modifié quelle que soit la géométrie adaptée, le coefficient moyen sans lentilles étant de – 0,178 ± 0,121 µm. Les lentilles à vision de près centrale (VPC) ont engendré une inversion du signe de ce coefficient. Les lentilles à vision de loin centrale (VLC) induisaient l’effet inverse en augmentant les aberrations sphériques positives. L’analyse des « Root Mean Square » (RMS) a mis en évidence une augmentation significative du niveau global d’aberrations oculaires pour les lentilles Proclear D (0,396 ± 0,109 µm sans lentille, 0,511 ± 0,123 µm avec lentille soit une augmentation de 29 % ; t = 4,81 Student à 29 degrés de libertés, p ≪ 0,05), Proclear N (0,396 ± 0,109 µm sans lentille, 0,568 ± 0,165 µm avec lentille soit une augmentation de 43 % ; t = 3,77 Student à 29 degrés de libertés, p ≪ 0,05) et Acuvue Bifocale (0,396 ± 0,109 µm sans lentille, 0,567 ± 0,162 µm avec lentille soit une augmentation de 43 % ; t = 4,78 Student à 29 degrés de libertés, p ≪ 0,05).

Conclusion : La localisation de la zone d’addition pour la vision de près détermine le signe de la variation du coefficient a(4,0). Les lentilles à géométrie VPC semblent engendrer le plus d’aberrations de sphéricité négatives. Les lentilles à géométrie VLC semblent quant à elles les plus pourvoyeuses d’aberrations de sphéricité positives. Le décentrement relatif des lentilles multifocales relatif à la pupille irienne pourrait générer une augmentation des aberrations impaires. La mesure de l’effet des différentes géométries de lentilles multifocales sur les aberrations oculaires d’ordre élevé peut être utile pour comprendre les plaintes formulées par les patients.

Abstract
Comparison of high-order optical aberrations induced by different multifocal contact lens geometries

Purpose: To analyze the effects of different multifocal soft contact lens geometries on high-order ocular optical aberrations.

Materials and methods: Thirty nonpresbyopic eyes were fitted with eight multifocal contact lenses: Soflens Multifocal High, Soflens Multifocal Low, Focus progressive, Acuvue Bifocal Add +2.00, Rythmic Multifocal Profile 1, Rythmic Multifocal Profile 2, Proclear D Add 2.00, Proclear N Add 2.00. All these contact lenses corrected the ametropia for far distance. The ocular aberrations were measured with and without each contact lens using a Hartmann-Shack aberrometer, (Zywave from Bausch and Lomb) successively after pupil dilation with one or two drops of Neo-Synephrine and wavefront decomposition in Zernike polynomials up to the 5th order.

Results: Odd and even aberrations increased for all the tested multifocal soft contact lenses. The most significant increase was noted for the a(4.0) Zernike coefficient. The mean value of a(4.0) without contact lens was –0.178±0.121µm. The contact lenses having a central zone for near addition cause the inversion of the sign of the a(40) coefficient The central far vision contact lens leads to the opposite effect, increasing spherical positive aberrations. The most significant increase in total high-order ocular aberrations were noted for Proclear D soft contact lenses (0.396±0.109µm without contact lens, 0.511±0.123µm with contact lens; p≪0.05, +29%), for Proclear N soft contact lenses (0.396±0.109µm without contact lens, 0.568±0.165µm with contact lens; p≪0.05 +43%) and for Acuvue Bifocal soft contact lens (0.396±0.109µm without contact lens, 0.567±0.162µm with contact lens; p≪0.05 +43%).

Conclusion: Wearing multifocal contact lenses induces an increase in high-order ocular aberrations. The location of the near addition zone is related to the sign of the variation of the a(4.0) coefficient. The central near vision multifocal contact lenses seem to induce large amounts of negative spherical aberrations. The far vision contact lenses seem to induce an increase in positive spherical aberrations. The relative decentration of the lens to the pupil may explain the increase in odd high-order aberrations. These results might be useful to understand the visual complaints of patients fitted with multifocal contact lenses.


Mots clés : Aberrométrie , polynômes de Zernike , lentilles souples multifocales , multifocalité , qualité de vision , presbytie

Keywords: Aberrometry , Zernike polynomials , multifocal soft contact lenses , multifocality , quality of vision , presbyopia


INTRODUCTION

Initialement développée en astronomie, l’aberrométrie consiste à analyser et à quantifier les aberrations d’un système optique. Dans les années 90, son application s’est élargie à l’étude de la qualité de vision et à la chirurgie réfractive afin de réaliser des profils d’ablation personnalisée pour le traitement des aberrations optiques oculaires de bas et haut degré. Les profils d’ablation conventionnels permettent de compenser la myopie, l’hypermétropie ou encore l’astigmatisme (aberrations d’ordre 2), alors que le but de l’ablation personnalisée est de compenser les aberrations d’ordre plus élevé comme les aberrations sphériques ou de coma.

Le but de cette étude est d’analyser l’effet des différentes géométries de lentilles sur les aberrations oculaires d’ordre élevé. Nous avons analysé pour chaque lentille la modification du front d’onde engendrée par la pose de ce type de lentilles, en utilisant une décomposition du front d’onde à partir des polynômes de Zernike [1].

MATÉRIEL ET MÉTHODES

Trente yeux de 23 sujets (20 yeux droits et 10 yeux gauches) ont été inclus dans cette étude. Douze yeux (40 %) présentaient une myopie supérieure à – 1,00 D, 1 œil (3 %) une hypermétropie de + 3,00 dioptries et 17 yeux (57 %) une réfraction comprise entre – 1,00 et + 1,00 D. L’amétropie moyenne des 30 yeux était de – 1,33 ± 2,72 dioptries (intervalle : – 10,00 D à + 3,00 D). Le coefficient de Zernike moyen a(4,0) était de – 0,21 µm pour les 12 yeux myopes, de – 0,27 µm pour l’œil hypermétrope et de – 0,17 µm pour les 17 autres yeux. La magnitude du cylindre était inférieure à 1,50 D pour l’ensemble des patients. Tous les yeux étudiés ne présentaient aucune pathologie oculaire en dehors d’une amétropie sphéro-cylindrique et n’avaient jamais subi d’intervention chirurgicale [2], [3], [4]. La lentille était toujours choisie afin de compenser l’amétropie du patient en vision de loin.

Les lentilles multifocales utilisées dans cette étude étaient les Rythmic Multifocale P1 (Ocular Sciences), les Rythmic Multifocale P2 (Ocular Sciences), les Soflens Multifocale LOW (Bausch et Lomb), les Soflens Multifocale HIGH (Bausch et Lomb), les Focus Progressive (Ciba Vision), les Acuvue Bifocale ADD +2,00 (Johnson et Johnson), les Proclear D ADD + 2,00 (Hydron CooperVision) et les Proclear N ADD + 2,00 (Hydron CooperVision).

Le consentement éclairé de chaque patient a été recueilli avant inclusion. Toutes les mesures aberrométriques ont été effectuées sous dilatation pupillaire après instillation d’une ou deux gouttes de néosynéphrine à 10 %, afin d’obtenir un diamètre supérieur ou égal à 6 mm [5], [6] pour les mesures effectuées avec l’aberromètre Zywave® (Bausch et Lomb) de type Shack-Hartmann [7]. La première mesure effectuée était toujours la mesure sans lentille (ON = œil nu). Les lentilles testées étaient ensuite successivement placées sur l’œil du patient. Les manipulations étaient effectuées avec soin par un observateur unique. L’intégrité de la surface oculaire (interface film lacrymal/épithélium cornéen) était vérifiée au biomicroscope entre chaque pose/dépose de lentille [5], [6].

Le système Hartmann-Schack permet l’analyse du front d’onde à la sortie de l’œil après sa décomposition par une matrice de micro-lentilles, et sa focalisation sur un capteur CCD [7]. Les déviations des spots de chacune des micro-lentilles permettent de reconstruire le front d’onde total. Celui-ci est ensuite décomposé par le logiciel de l’aberromètre en une combinaison linéaire de fonctions polynomiales de Zernike [8]. Un coefficient RMS (« Root Mean Square ») est affecté à chacun des polynômes présents dans la décomposition.

Le coefficient RMS est une valeur statistique qui renseigne sur l’importance d’une aberration optique isolée ou d’un groupe d’aberrations optiques défini [8]. Il est égal à la racine carrée de la variance du front d’onde par rapport à sa sphère de référence et est exprimé en microns. Le RMS global correspondant aux aberrations de haut degré a été calculé dans cette étude à partir des coefficients de Zernike des ordres 3,4 et 5. Il est également possible de calculer un coefficient RMS pour chacune des aberrations présentes dans la décomposition du front d’onde. Ce coefficient représente alors la valeur moyenne du déphasage induit en chaque point de la pupille par l’aberration considérée. Les propriétés d’orthogonalité des polynômes de Zernike permettent de quantifier et d’analyser séparément chacune des aberrations présentes au sein de la décomposition du front d’onde. Il peut s’avérer judicieux de regrouper certaines aberrations pour l’analyse. Nous avons choisi de regrouper les aberrations optiques par ordre radial. Le coefficient d’un groupe d’aberrations optiques de haut degré d’un ordre radial donné est alors égal à la racine carrée de la somme des carrés de chacun des coefficients des aberrations constitutives de cet ordre.

Nous avons recueilli pour chaque lentille les valeurs des coefficients RMS de chacun des polynômes de Zernike d’ordre radial 3, 4 et 5, à partir desquels étaient calculées les valeurs du coefficient RMS global des aberrations impaires de haut degré (incluant respectivement tous les polynômes d’ordre radial 3, 4 et 5), ainsi que les valeurs des coefficients correspondant à chaque ordre radial impair (3 et 5). Les variations du coefficient a(4,0) ont été analysées de façon isolée, en raison de l’orientation particulière liée au signe de ce coefficient. Une valeur négative pour le coefficient a(4,0) traduit la présence d’une aberration sphérique positive, et inversement.

Les résultats ont été analysés grâce au test statistique des séries appariées et de la table de Student avec 29 degrés de libertés. Le risque fixé était de 5 %.

RÉSULTATS
Coefficient RMS global des aberrations de haut degré

La valeur du coefficient RMS global le plus faible était obtenue sans lentilles (tableau I).

Les lentilles qui ont induit la plus forte augmentation du taux RMS global (RMS après adaptation, p > 0,5) sont la Proclear D ADD +2,00 (t = 4,81), l’Acuvue Bifocale ADD +2,00 (t = 4,78) et la Proclear N ADD +2,00 (t = 3,77).

Analyse des variations des coefficients pour les aberrations impaires d’ordre 3 et 5

Pour chaque modèle de lentille, nous avons constaté une variation des taux d’aberrations impaires d’ordre 3 et 5 (tableaux II et III).

La magnitude pour les aberrations d’ordre 3 est accrue pour chaque géométrie de lentille adaptée. L’Acuvue Bifocale et la Proclear N génèrent respectivement les augmentations les plus importantes soit +66,44 % (t = 6,377 Student ≪ 0,05) et +67,45 % (t = 7,222 Student ≪ 0,05). Le changement le plus faible soit +0,60 % (t = 0,572 Student ≪ 0,05) correspond à la Proclear D. La magnitude pour les aberrations impaires d’ordre 5 est également accrue par les lentilles multifocales.

Analyse des variations du coefficient a(4,0)

La valeur moyenne du coefficient a(4,0) (aberration sphérique primaire) chez les sujets sans lentilles était de – 0,178 ± 0,121 µm, ce qui correspond à la présence d’une aberration sphérique positive (les rayons lumineux des bords de la pupille sont plus réfractés que ceux du centre). La proportion de sujets sains présentant un coefficient de Zernike a(4,0) positif (aberration sphérique négative) dans la population générale est rare [9].

Le coefficient de Zernike correspondant à l’aberration sphérique a(4,0) était celui qui présentait la plus grande amplitude de variation après pose d’une lentille multifocale dans cette étude. Quelle qu’ait été la géométrie de la lentille multifocale adaptée, les modifications de la valeur de ce coefficient étaient significatives (tableau IV). Sa valeur devenait moins négative ou positive (réduction de l’aberration sphérique positive, voire induction d’une aberration sphérique négative) sauf pour la lentille Proclear D (VLC) qui a provoqué une augmentation de la valeur absolue du coefficient a(4,0) sans changement de signe (majoration des aberrations sphériques positives).

DISCUSSION

Les patients équipés de lentilles multifocales rapportent souvent une gêne visuelle liée à la perception de halos visuels ou à une réduction de la sensibilité aux contrastes. L’aberrométrie est utile pour identifier et quantifier les aberrations optiques responsables de ces symptômes.

Les lentilles multifocales testées dans cette étude ont induit une augmentation de la magnitude des aberrations optiques de haut degré. Il est légitime de postuler que l’augmentation de la magnitude moyenne des aberrations optiques de type impair provient d’un décentrement relatif du centre optique de la lentille testée par rapport au centre de la pupille où est analysé le front d’onde. En effet, une lentille parfaitement centrée avec une géométrie à symétrie de révolution (VL ou VP centrale) ne peut théoriquement générer des aberrations impaires qu’en raison d’un décentrement. Ce phénomène est voisin de celui induit par le centrage imparfait des zones de traitement photoablatif en chirurgie réfractive. Lorsque la zone d’ablation est parfaitement centrée, seul le taux d’aberrations paires (notamment sphériques) est modifié. Dans le cas d’un décentrement, le taux d’aberrations impaires (coma primaire et secondaire) est également accru [3]. Les techniques initialement proposées pour la compensation de la presbytie ont été encouragées par les effets multifocaux engendrés par chirurgie incisionnelle (kératotomie radiaire) qui permettaient aux presbytes opérés par ces techniques de bénéficier d’une bonne acuité visuelle de loin et de près sans correction. Anschutz [10], Vinciguerra et al. [11], puis Bauerberg [12] furent les premiers auteurs à publier leurs résultats sur la compensation chirurgicale de la presbytie avec des nomogrammes personnels reposant sur la délivrance d’une photoablation additionnelle de 2 à 3 D paracentrale au cours du LASIK ou de la photokératectomie à visée réfractive (PKR) afin d’induire une multifocalité d’origine cornéenne. Ces techniques furent jugées satisfaisantes malgré la présence de phénomènes de régression et l’induction transitoire de halos et d’éblouissement. Bien qu’aucune étude publiée n’ait été consacrée à ce jour aux variations du taux d’aberrations après photoablation cornéenne intégrant une compensation de la presbytie de type multifocale, il est légitime de postuler que les halos ou les éblouissements postopératoires parfois rapportés par les patients opérés par ces techniques traduisent l’élévation du taux de certaines aberrations optiques de haut degré. Nos résultats pourraient être utiles à l’interprétation du taux d’aberrations induites par les différentes techniques de presby-LASIK qui diffèrent essentiellement par le site choisi pour la photoablation additionnelle destinée à faciliter la vision de près (centrale centrée ou légèrement décentrée, ou périphérique).

Dans une étude récente, Dietze et Cox [13] ont évalué l’intérêt de la correction de l’aberration sphérique avec des lentilles souples monofocales. La pose d’une lentille monofocale sphérique de puissance négative tend à réduire l’aberration sphérique positive, mais induit également l’augmentation d’aberrations optiques impaires de type coma. Ces auteurs ont ainsi émis l’hypothèse qu’une différence entre l’axe de fixation et l’apex cornéen pouvait entraîner un décentrement relatif de la lentille avec la pupille du patient. Cette différence entre les axes de fixation et l’axe pupillaire définissant l’apex cornéen, a été également soulignée par Salmon et Thibos [14], et peut provoquer certaines erreurs dans le calcul des compensations entre aberrations optiques oculaires internes et cornéennes.

Lu et al. [15] ont récemment montré que la pose de lentilles monofocales souples ou rigides induit une augmentation des aberrations optiques totales chez des sujets sains. L’augmentation du taux des aberrations de haut degré après pose d’une lentille rigide est d’autant plus marquée que le taux initial (œil sans lentille) est faible. Cette augmentation est selon Lu et al. [15] principalement liée à la déformation de la lentille sur la face antérieure de la cornée, et aux irrégularités du film et du lac lacrymal. L’augmentation du taux d’aberrations optiques dans cette étude était légèrement moindre que chez nos patients équipés en lentille multifocale. La géométrie particulière de ces lentilles joue donc certainement un rôle prépondérant dans la genèse du taux élevé d’aberrations optiques de haut degré.

Concernant les variations de l’aberration sphérique, trois cas peuvent être distingués selon le type de géométrie de la lentille.

La lentille à VL centrale testée dans cette étude accroît la valeur absolue du coefficient de Zernike a(4,0) sans en modifier le signe (accentuation de l’aberration sphérique positive). Pour les lentilles à VP centrale, nous avons observé l’effet inverse sur la valeur du coefficient a(4,0), avec réduction de la valeur absolue, voire inversion de son signe (tableau IV). La géométrie VP centrale entraînait une réduction de l’aberration sphérique positive, voire une inversion le signe de l’aberration de sphéricité qui devient alors négative.

Les lentilles induisant la plus forte augmentation du taux d’aberrations de haut degré étaient l’Acuvue Bifocale et la Proclear N. Ce résultat pourrait être la conséquence de la géométrie complexe de l’Acuvue Bifocale (anneaux concentriques) qui modifierait fortement le front d’onde émergent de l’œil. Le RMS global était modifié de façon significative de 0,396 ± 0,109 µm à 0,566 ± 0,162 µm (t = 4,78 Student ≪ 0,05) soit une augmentation de 42,92 %. Le coefficient de Zernike a(4,0) était modifié dans le même sens qu’avec les lentilles à géométrie VP centrale. La valeur moyenne de ce coefficient passait de – 0,178 ± 0,109 µm à +0,095 ± 0,144 µm (t = 14,02 Student ≪ 0,05), ce qui correspond à une inversion du signe des aberrations de sphéricité. Quant à la Proclear N, le RMS était modifié de 0,396 ± 0,109 µm à 0,568 ± 0,165 µm, soit une augmentation de 43,43 %. La Focus Progressive est la lentille qui génère le moins de variations du taux des aberrations optiques de haut degré dans notre étude.

La pose d’une lentille génératrice d’un taux élevé d’aberrations de sphéricité négative (VP centrale) pourrait théoriquement être particulièrement adaptée aux patients présentant des aberrations de sphéricité positive sans lentille afin de préserver une bonne qualité optique en vision de loin (réduction du taux d’aberrations de sphéricité oculaire global avec la lentille). L’effet de cette stratégie sur la qualité de vision objective et subjective doit être confirmé par d’autres études. Par ailleurs, une compensation des aberrations de sphéricité bénéfique pour la vision de loin pourrait toutefois réduire la valeur de l’addition de près procurée par la lentille. La plupart des sujets présentent un coefficient de Zernike a(4,0) négatif sans lentille (aberrations sphériques positives). La pose d’une lentille à VL centrale pourrait à l’inverse accentuer la valeur de l’aberration sphérique positive en vision de loin. Le signe et la magnitude de l’amétropie influent sur les variations induites sur l’aberration sphérique par les lentilles souples monofocales [15]. Notre étude est limitée à la comparaison des variations moyennes des coefficients de Zernike après la pose de différents types de lentilles et le nombre de sujets inclus est insuffisant pour étudier d’éventuelles corrélations avec l’amétropie en vision de loin.

De même, les relations et les conséquences de l’élévation de ces coefficients sur la perception subjective de halos, l’acuité visuelle non corrigée en vision de loin et de près ou sur la vision des contrastes, n’ont pas été analysées et pourront faire l’objet d’études ultérieures. À valeur égale de coefficient RMS, les aberrations optiques de haut degré n’entraînent pas toutes la même dégradation de la qualité visuelle [8].

Le taux d’aberrations optiques engendré par une lentille progressive donnée n’est qu’un des paramètres susceptibles de guider l’adaptation, qui vise la satisfaction du porteur avant tout. Celle-ci dépend également de nombreux facteurs oculaires (motricité pupillaire, rapports entre cornée et lentille) ou environnementaux (type d’activité, d’éclairage). L’examen aberrométrique est d’autant plus indiqué en contactologie qu’il existe des plaintes fonctionnelles en rapport avec une réduction de la qualité de vision avant ou après l’adaptation d’une lentille, et qu’une corrélation est retrouvée entre l’importance du taux des aberrations optiques de haut degré et les plaintes.

L’aberrométrie permet donc le recueil et la quantification d’informations relatives à la qualité optique d’un œil équipé avec une lentille de contact. Toutefois, la qualité de vision d’un porteur de lentilles dépend également des performances du système neuro-sensoriel, et le confort subjectif du respect des dominances oculaires qui, lorsqu’elles sont inversées, sont très perturbatrices pour le confort du porteur.

CONCLUSION

Plusieurs résultats peuvent être tirés de cette étude. La genèse d’aberrations impaires (notamment de coma) est observée après pose d’une lentille multifocale. Celle-ci est certainement liée à un décentrement de la lentille vis-à-vis de la pupille irienne.

Les lentilles multifocales à géométrie VP centrale réduisent la valeur du coefficient de Zernike a(4,0) (réduction des aberrations sphériques positives). Les lentilles multifocales à VL centrale créent l’effet inverse et accentuent le taux des aberrations sphériques positives. Les lentilles provoquant le plus de perturbations du front d’onde sont l’Acuvue Bifocale, probablement en raison de sa géométrie complexe (anneaux concentriques) et la Proclear N.

L’examen aberrométrique représente un outil particulièrement intéressant en contactologie car il pourrait permettre de corréler certaines plaintes visuelles fonctionnelles à une modification particulière du front d’onde après pose d’une lentille mono ou multifocale. En permettant l’identification et la quantification des aberrations de haut degré consécutives à l’adaptation d’une lentille multifocale, l’examen aberrométrique pourrait particulièrement aider l’adaptation des sujets presbytes et guider le choix de la lentille optimale pour un patient donnée en fonction d’éléments à la fois subjectifs et objectifs.

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