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Ogni anno, oltre 30 milioni di persone in tutto il mondo si sottopongono a un intervento chirurgico per correggere la cataratta. Con l’avanzare dell’età, il cristallino si opacizza e ostacola la vista, ma un intervento chirurgico semplice e sicuro, che prevede la sostituzione del cristallino con una lente artificiale, nota come lente intraoculare, può ripristinare la chiarezza visiva e migliorare notevolmente la qualità della vita.
I recenti progressi in ottica, oftalmologia, intelligenza artificiale e ingegneria biomedica hanno portato a rapidi miglioramenti nei tipi di lenti intraoculari disponibili e nei metodi utilizzati da pazienti e medici per scegliere la soluzione più adatta. Susana Marcos, Direttrice David R. Williams del Center for Visual Science David R. Williams, Professoressa di ottica e docente di oftalmologia presso l’ Università di Rochester, è stata la caporedattrice di un numero speciale delle riviste Biomedical Optics Express e Optics Express (pubblicate da Optica Publishing Group) che esplora lo stato dell’arte della tecnologia.
Perché le persone hanno bisogno di lenti intraoculari?
Intorno ai 45 anni, il cristallino perde la capacità di adattarsi alla visione di oggetti vicini e lontani. Con l’avanzare dell’età, il cristallino sviluppa cataratta e diventa opaco, causando una visione offuscata.
“Le prime lenti intraoculari erano destinate a rimuovere questa opacità”, afferma Marcos. “Ora, non solo ripristinano la trasparenza, ma la scelta appropriata della lente consente di proiettare in modo ottimale la messa a fuoco sulla retina, quindi si tratta anche di una procedura refrattiva. Inoltre, alcune tipologie di lenti offrono anche una visione funzionale a distanza ravvicinata, così che i pazienti potrebbero non aver bisogno di occhiali per compensare i loro difetti refrattivi e la presbiopia“.
Di conseguenza, alcuni pazienti ora scelgono di sottoporsi a un intervento chirurgico con lenti intraoculari in età precoce, persino prima che si sviluppi la cataratta, per correggere la perdita della capacità accomodativa dei loro occhi. Le lenti intraoculari si sono evolute per imitare alcune delle proprietà del cristallino umano naturale. Ad esempio, Marcos afferma che nell’occhio giovane, sia la cornea che il cristallino presentano imperfezioni che si compensano a vicenda, e ora le lenti intraoculari monofocali più avanzate possono compensare le aberrazioni della cornea.
Come viene impiantata una lente intraoculare?
Quando a una persona viene diagnosticata la cataratta e un medico stabilisce che il cristallino deve essere sostituito, un chirurgo eseguirà misurazioni biometriche non invasive per determinare caratteristiche come la lunghezza dell’occhio e la curvatura della cornea. Il chirurgo discuterà con il paziente sul tipo di lente più adatto e utilizzerà formule per determinare caratteristiche come il potere della lente.
Durante l’intervento chirurgico, viene praticata una piccola incisione di 2-3 millimetri nell’occhio, il cristallino viene rotto in pezzi e rimosso, e viene inserita e rilasciata una lente intraoculare ripiegata, che si dispiega nella sua posizione.
“Oggi non ci sono più punti di sutura e il paziente può davvero tornare a vedere chiaramente dopo pochi minuti dall’intervento“, afferma Marcos.
Immagine: l’oftalmologa Janice Lee e il medico specialista Greg Sanda impiantano una lente intraoculare (IOL) nell’occhio di un paziente affetto da cataratta presso il Flaum Eye Institute dell’Università di Rochester. Crediti immagine: University of Rochester photo / J. Adam Fenster
Quali sono i diversi tipi di lenti intraoculari?
“Esiste una grande varietà di progetti che mirano innanzitutto a ripristinare la trasparenza e, in secondo luogo, a produrre la migliore qualità ottica possibile, almeno per la visione a distanza“, afferma Marcos.
Le lenti intraoculari si dividono essenzialmente in due categorie: lenti monofocali e lenti per la correzione della presbiopia.
Le lenti intraoculari monofocali hanno una messa a fuoco fissa per una distanza a distanza ravvicinata, intermedia o lontana. Nella maggior parte dei casi, le lenti intraoculari monofocali sono progettate per aiutare gli occhi a mettere a fuoco oggetti distanti, consentendo ai pazienti di utilizzare occhiali da lettura per vedere da vicino.
Le lenti per la correzione della presbiopia, al contrario, sono progettate per funzionare a più distanze, correggendo l’errore refrattivo che causa un calo della visione da vicino. Le lenti intraoculari per la correzione della presbiopia possono avere design multifocali o con profondità di fuoco estesa.
Le lenti intraoculari multifocali, con design che imitano le lenti di Fresnel utilizzate nei fari, hanno due o più punti focali. I design con profondità di campo estesa forniscono un punto focale allungato, consentendo all’occhio di mettere a fuoco a più distanze. Tuttavia, Marcos osserva che le lenti che correggono la presbiopia presentano anche degli svantaggi.
“Lo svantaggio di queste lenti è che suddividono l’energia in più punti focali, quindi l’immagine da lontano non è nitida come quella di una lente monofocale”, afferma. “Si guadagna in termini di contrasto a distanza ravvicinata, ma si perde un po’ di qualità a distanza ravvicinata”.
Sia le lenti monofocali che quelle per la correzione della presbiopia possono avere un design torico (invece della tipica forma sferica della lente, hanno la forma di una fetta di ciambella) che corregge l’astigmatismo della cornea.
Quali innovazioni stanno emergendo nella tecnologia delle lenti intraoculari?
Marcos afferma che la complessità dei design delle lenti intraoculari è in rapida evoluzione, così come le simulazioni per testare nuovi design e identificare la soluzione più adatta ai pazienti.
“La quantificazione avanzata della geometria tridimensionale mediante tecniche di imaging ad alta risoluzione come la tomografia a coerenza ottica del segmento anteriore e la creazione di modelli personalizzati basati sull’occhio, supportati dall’intelligenza artificiale, ci hanno portato a un paradigma diverso nella selezione delle lenti intraoculari“, afferma Marcos. Secondo lei, queste tecniche di simulazione rappresentano un vantaggio per i produttori, che possono testare più rapidamente diverse iterazioni di design.
“Molti sostengono l’uso di occhi gemelli digitali, o simulazioni molto accurate per aiutare a selezionare la lente migliore da impiantare, ma anche per previsioni accurate dei risultati ottici, contribuendo ad esempio a ridurre il numero di pazienti per una sperimentazione clinica“, afferma Marcos. “Se si riesce ad accelerare la sperimentazione clinica, rendendola meno costosa o richiedendo meno pazienti, e se gli enti regolatori accettano queste simulazioni come parte del processo di raccolta delle prove, sarà molto utile per lanciare nuovi prodotti sul mercato”.
Immagine: una paziente (a sinistra) utilizza un visore SimVis Gekko per comprendere gli effetti di un impianto di lente intraoculare attraverso simulazioni. Crediti immagine: 2EyesVision
Ma pazienti e chirurghi possono essere comprensibilmente diffidenti nell’adottare precocemente la tecnologia, quando la vista ha un impatto così profondo sulla vita quotidiana delle persone. Per contribuire a risolvere questo timore, il team di Marcos ha sviluppato simulatori visivi che utilizzano l’ottica adattiva (una tecnica mutuata dal telescopio) e lenti regolabili per offrire ai pazienti l’esperienza visiva attraverso diverse lenti intraoculari. Marcos ha contribuito a sviluppare una versione commerciale della strumentazione, chiamata SimVis Gekko, che consente ai pazienti di vedere il mondo circostante come se avessero subito l’intervento chirurgico.
“Consideriamo questo un modo per rassicurare il paziente e il chirurgo, ma anche per aumentare la diffusione di queste lenti davvero ben progettate”, afferma Marcos. “Non si sa come funzioneranno se il paziente non le prova prima, e con una lente intraoculare non è possibile ottenere lo stesso risultato che si otterrebbe con un paio di occhiali”.
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Come Rochester sta guidando l’innovazione nelle lenti intraoculari
Docenti, studenti ed ex studenti dell’Institute of Optics, del Center for Visual Science e del Flaum Eye Institute dell’Università di Rochester hanno guidato per decenni i progressi nel campo delle lenti intraoculari. Ad esempio, Marcos e i suoi colleghi hanno dedicato il numero speciale di Biomedical Optics Express e Optics Express al compianto Jim Schwiegerling (1990-1991, MS), un ex studente di ottica che ha ideato un design di lente intraoculare trifocale commercializzato da Alcon e impiantato in oltre un milione di occhi entro il 2022.
Oltre al suo lavoro nello sviluppo di simulazioni visive per la valutazione delle lenti intraoculari, Marcos ha guidato numerose innovazioni nella progettazione delle lenti e nelle applicazioni di intelligenza artificiale. Insieme a David Fernandez, ingegnere di ricerca presso il Center for Visual Science, hanno inventato la tecnologia isofocale che ha dato vita alla lente intraoculare Isopure a profondità di fuoco estesa, concessa in licenza a PhysIOL/BVI e impiantata in migliaia di pazienti in decine di paesi. Il team di Marcos, in collaborazione con i ricercatori del Flaum Eye Institute e del Goergen Institute for Data Science and Artificial Intelligence, ha anche sviluppato nuove strategie per prevedere la posizione della lente intraoculare dopo l’intervento chirurgico, un aspetto fondamentale per la selezione della lente con i migliori risultati refrattivi.
Fonte: Università di Rochester