Extended depth of focus contact lenses vs. two commercial multifocals: Part 1. Optical performance evaluation via computed through-focus retinal image quality metrics

J Optom. 2018 Jan-Mar;11(1):10-20. doi: 10.1016/j.optom.2017.04.003. Epub 2017 Jun 9.

Abstract
in English, Spanish

Purpose: To compare the computed optical performance of prototype lenses designed using deliberate manipulation of higher-order spherical aberrations to extend depth-of-focus (EDOF) with two commercial multifocals.

Methods: Emmetropic, presbyopic, schematic eyes were coupled with prototype EDOF and commercial multifocal lenses (Acuvue Oasys for presbyopia, AOP, Johnson & Johnson & Air Optix Aqua multifocal, AOMF, Alcon). For each test configuration, the through-focus retinal image quality (TFRIQ) values were computed over 21 vergences, ranging from -0.50 to 2.00D, in 0.125D steps. Analysis was performed considering eyes with three different inherent aberration profiles: five different pupils and five different lens decentration levels.

Results: Except the LOW design, the AOP lenses offered 'bifocal' like TFRIQ performance. Lens performance was relatively independent to pupil and aberrations but not centration. Contrastingly, AOMF demonstrated distance centric performance, most dominant in LOW followed by MED and HIGH designs. AOMF lenses were the most sensitive to pupil, aberrations and centration. The prototypes demonstrated a 'lift-off' in the TFRIQ performance, particularly at intermediate and near, without trading performance at distance. When compared with AOP and AOMF, EDOF lenses demonstrated reduced sensitivity to pupil, aberrations and centration.

Conclusion: With the through focus retinal image quality as the gauge of optical performance, we demonstrated that the prototype EDOF designs were less susceptible to variations in pupil, inherent ocular aberrations and decentration, compared to the commercial designs. To ascertain whether these incremental improvements translate to a clinically palpable outcome requires investigation through human trials.

Objetivo: Comparar el rendimiento óptico computado de los prototipos de lentes de contacto diseñadas mediante manipulación deliberada de aberraciones esféricas de alto orden para conseguir la profundidad de foco extendida (EDOF) con dos lentes multifocales comerciales.

Métodos: Se adaptaron lentes de contacto con prototipo EDOF, y lentes multifocales comerciales a ojos esquemáticos présbitas emétropes (Acuvue Oasys para presbicia, AOP, Johnson & Johnson & Air Optix Aqua multifocal, AOMF, Alcon). Para cada configuración de la prueba se obtuvieron los valores de la calidad de imagen de la retina a través del foco (TFRIQ) en 21 vergencias, que oscilaron entre -0,5 y 2D, en pasos de 0,125D. Se llevó a cabo el análisis considerando los ojos con tres perfiles de aberración diferentes: cinco pupilas diferentes y cinco niveles de descentramiento de lentes distintos.

Resultados: Exceptuando el diseño LOW, las lentes AOP aportaron un rendimiento TFRIQ de tipo ‘bifocal’. El desempeño de las lentes fue relativamente independiente de la pupila y aberraciones, pero no del descentramiento. Por contra, AOMF demostró un rendimiento céntrico en visión lejana, más dominante en el diseño LOW, seguido de los diseños MED y HIGH. Las lentes AOMF fueron más sensibles a la pupila, aberraciones y centrado. Los prototipos demostraron un efecto de mejora en el rendimiento TFRIQ, particularmente en visión intermedia y próxima, sin pérdida de rendimiento en visión lejana. Al compararlas con las lentes AOP y AOMF, las lentes EDOF demostraron una reducción de la sensibilidad al factor pupila, las aberraciones y el centrado.

Conclusión: Con la calidad de imagen de la retina a través del foco, como medida del rendimiento óptico, demostramos que los diseños del prototipo EDOF fueron menos susceptibles a las variaciones de la pupila, las aberraciones oculares inherentes, y al descentramiento, en comparación a los diseños comerciales. Se precisa más investigación futura, mediante ensayos en humanos, para verificar si estas mejoras incrementales se trasladan a resultados clínicamente evaluables.

Keywords: Aberraciones de alto orden; Extended depth of focus contact lenses; Fourier Optics; Higher order aberrations; Lentes de contacto de profundidad de campo ampliada; Presbicia; Presbyopia; Ray tracing simulation; Simulación de trazado de rayos; Óptica de Fourier.

MeSH terms

  • Contact Lenses*
  • Contrast Sensitivity / physiology*
  • Equipment Design
  • Eyeglasses*
  • Humans
  • Presbyopia / physiopathology
  • Presbyopia / therapy*
  • Refraction, Ocular / physiology*
  • Retina / physiopathology*
  • Visual Acuity*