Role of scheimpflug-based lens densitometry in preoperative assessment of age-related nuclear cataracts

Abstract

Opacification of the crystalline lens is a commonly observed agerelated process and contributes for visual acuity and contrast sensitivity degradation. Cataract surgery is considered to be the most performed surgical procedure worldwide, accounting for about 22 million interventions. In Portugal, about 75.000 cataract surgeries are performed each year. The most widely used clinical method to assess the crystalline lens opacification is the Lens Opacities Classification System III grading system. Scheimpflug imaging enables objective lens densitometry evaluation, which is not susceptible to observer variability and is considered to be a more sensitive and repeatable approach. An extensive literature review related to this topic revealed that objective assessment of cataract with Scheimpflug imaging offers a considerable opportunity for various scientific researches, especially regarding the functional status of the crystalline lens and cataract surgery planning. Several factors compromise the comparison of results and conclusions of previous research studies, such as different densitometric evaluation methods and metrics. The relative absence of studies analyzing a relationship between crystalline lens densitometry and its functional state is also noted, especially when considering ray-tracing aberrometry. This PhD thesis pretend to analyze the application of Scheimpflug imaging in the preoperative evaluation of age-related nuclear cataracts, regarding functional status of the crystalline lens based on ray-tracing wavefront analysis and phacodynamics prediction. In this thesis, we have confirmed that Scheimpflugbased lens densitometry presented a strong association with aging, corrected distance visual acuity decrease, and slit lamp evaluation. A significant and positive relationship was also described between the Scheimpflug-based lens densitometry variables and the internal high-order aberrations, including coma and trefoil. We also studied the relationship between the Scheimpflug-based lens densitometry and a new parameter (Dysfunctional Lens Index) based on raytracing wavefront findings. Regarding phacodynamics, we selected different lens densitometric modes to analyze the hardness of the nucleus that were described and used in previous studies. Our results revealed that parameters derived from specific modes, such as three-dimensional and region of interest modes, yielded the highest correlations coefficients with the ultrasound energy consumed during phacoemulsification. In another study, we also demonstrated that the Dysfunctional Lens Index and the Scheimpflug-derived average density based on three-dimensional presented a similar relationship with phacodynamics. Our findings presented in this thesis suggest that Scheimpflug-based lens densitometry is useful for demonstrating the functional status of the crystalline lens. Scheimpflug-based densitometry also showed to be useful concerning phacodynamics prediction. The data presented also warns for the proper use of the lens densitometry software, regarding selection and placement of the densitometry template, as well as the density metric adopted.

A opacificação do cristalino é um processo relacionado com a idade e contribui para a degradação da acuidade visual e da sensibilidade ao contraste. A cirurgia de catarata é considerada o procedimento cirúrgico mais realizado em todo o mundo, contabilizando cerca de 22 milhões de intervenções. Em Portugal, aproximadamente 75.000 cirurgias de catarata são realizadas anualmente. O método clínico mais amplamente utilizado para avaliar a opacificação do cristalino é o sistema de classificação Lens Opacities Classification System III. O princípio de Scheimpflug permite a avaliação objetiva da densitometria do cristalino, que não é suscetível à variabilidade do observador e é considerada uma abordagem mais sensível e reprodutível. Uma extensa revisão da literatura relacionada com este tópico revelou que a avaliação objetiva da catarata com esta tecnologia oferece uma oportunidade considerável para inúmeras pesquisas científicas, especialmente no que se refere ao estado funcional do cristalino e ao planeamento cirúrgico. Vários fatores comprometem a comparação de resultados e conclusões de pesquisas anteriores, tais como diferentes métodos de avaliação e parâmetros de densitometria. A ausência relativa de estudos que analisam a relação entre a densitometria do cristalino e o seu estado funcional também é evidente, especialmente quando se considera a aberrometria por traçado de raios. Esta tese de doutoramento tem como objetivo analisar a aplicação da imagem Scheimpflug na avaliação pré-operatória de cataratas nucleares senis, no que diz respeito ao estado funcional do cristalino com base na análise de frente de onda por traçado de raios e na previsão da energia ultrassónica consumida durante a facoemulsificação. Confirmamos que a densitometria do cristalino baseada na imagem de Scheimpflug apresentou forte associação com o envelhecimento, a diminuição da melhor acuidade visual corrigida e a avaliação da lâmpada de fenda. Uma relação significativa e positiva também foi descrita entre as variáveis de densitometria baseada no princípio de Scheimpflug e as aberrações de alta ordem internas, incluindo o coma e o trefoil. Também estudamos a relação entre a densitometria do cristalino e um novo parâmetro (Dysfunctional Lens Index) baseado em achados da frente de onda por traçado de raios. Quanto à facodinâmica, foram selecionados diferentes modos densitométricos do cristalino para analisar a dureza do núcleo, os quais tinham sido descritos e utilizados em estudos anteriores. Os nossos resultados revelaram que os parâmetros derivados de certos modos de análise, tais como os modos tridimensional e de região de interesse, obtiveram os maiores coeficientes de correlação com a energia ultrassónica consumida durante a facoemulsificação. Noutro estudo, também demonstramos que o Dysfunctional Lens Index e a densidade média baseada na análise densitométrica tridimensional apresentaram uma relação similar com a facodinâmica. Os resultados apresentados nesta tese sugerem que a densitometria do cristalino baseado no princípio de Scheimpflug é útil para demonstrar o seu estado funcional. Esta tecnologia também mostrou ser útil em relação à previsão da facodinâmica. Os dados apresentados alertam para o uso adequado do programa de densitometria do cristalino, quanto à seleção e colocação do modelo de densitometria e, os parâmetros de densidade adotados.