本方案描述了扫描光散射分析仪（SLSP），该仪器基于测角光度计原理，可实现对人工晶状体（IOLs）前向和后向光散射的全角度定量评估。
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摘要
摘要
扫描光散射分析仪（SLSP）方法基于测角光度计原理，用于对人工晶状体（IOL）的前向和后向光散射进行全角度定量评估。本方案描述了SLSP平台及其工作方式：通过将一个可360°旋转的光电探测器传感器围绕IOL样品扫描，记录光穿过IOL介质时散射光的强度和位置。SLSP平台可用于非临床预测现有及新型IOL设计和材料引发光散射的倾向性。对IOL光散射特性的非临床评估可显著减少患者因不期望的眩光、闪光、光学缺陷、图像质量差以及其他与非预期光散射相关现象而产生的投诉。未来应开展研究，将SLSP数据与临床结果相关联，以帮助识别在IOL植入术后接受白内障手术的患者中，哪些测量到的光散射最具临床问题性。
引言
扫描光散射轮廓分析法（SLSP）最初被提出，旨在非临床环境下对人工晶状体（IOL）的光散射特性进行定量评估1。建立一种用于评估IOL设计和材料光散射倾向的测试方法具有重要意义，有助于识别潜在的非预期光散射问题。患者常报告光散射现象，表现为眩光、微小闪光、光学缺陷及其他形式的视物异常2，有时甚至导致患者要求取出IOL。除视物异常外，散射光会减少直射光的量，从而降低整体成像质量3。开发一种可在非临床条件下评估IOL对入射光散射潜能（并可与临床报告结果相关联）的设备具有重要应用价值。
评估人工晶状体（IOL，白内障手术后用于替代人眼晶状体的镜片）的光学特性具有重要意义，因为它是全球植入最普遍的医疗器械（每年近2000万例）4，也是美国最常见的植入器械（每年超过300万例）5。因此，即使仅有小部分患者报告有视物异常（dysphotopsia），其总体影响也可能非常显著。此外，快速发展的技术（e.g. 新型IOL设计、材料和光学性能）可能增加与光散射相关的问题。例如，多焦点IOL通过结合折射和衍射光学原理设计镜片，以改善远视力和近视力。尽管这类镜片效果显著，但也被发现会增加眩光和光晕现象的报告量，这主要与光的散射有关
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方案
1. SLSP 测量平台准备
注意：所有对准步骤都需要精确和耐心，以确保在测量光散射时获得准确的定量结果。图1提供了SLSP装置的概览。其中，示意图（图1a）展示了SLSP装置的基本原理。此外，图1b和图1c有助于定义文中讨论所涉及的各种角度。具体而言，图1b和图1c中定义了以下三个角度：˚R（传感器旋转角度）、˚S（传感器测量角度）和˚I（IOL入射角度）。
- SLSP 对准（图2）。
- 使用10倍物镜将窄线宽激光光源（此处为543 nm中心波长）聚焦至单模传输光纤中× 无限远校正物镜
注意：测试光源以确保其流明输出稳定，否则测量结果将难以量化。通过观察光线穿过光纤的情况来确定光束是否聚焦，虽然无法达到100%的效率，但应足够使传感器最终能够检测到光线。 - 通过将单模光纤与10倍无限远校正物镜耦合，使光纤位于物镜的焦点处，从而准直光源。输出光应形成均匀的高斯光束轮廓。
- 在光源前方放置一个虹膜光阑，以调节高斯光束的直径。
注意：将虹膜光圈直径设置为模拟人眼的典型值（例如 1-6 毫米）。由于光散射类....
- 使用10倍物镜将窄线宽激光光源（此处为543 nm中心波长）聚焦至单模传输光纤中× 无限远校正物镜
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结果
当传感器未位于光源平面时，goniophotometry 测量可产生 360˚R 的信号。然而，为了采集光源平面上的散射光测量数据（0˚I），传感器将需要遮挡光源，从而导致信号少于 360˚R。在我们的实验中，确定了当传感器遮挡光源时，约有 20˚R 的信号被阻挡。
实验发现，在直接后向散射光的左右两侧（约150˚–175˚R 和 185˚–225˚R）以及直接前向散射光的左右两侧（约10˚–25˚R 和 325˚–350˚R）可观察到四个主要的光散射位置。关于激光束直径的影响，研究发现光束直径与散射光强度之间存在直接相关性，这符合预期。例如，图3展示了使用1 mm与4.64 mm虹膜光阑（即无光阑时准直光源的尺寸）条件下光散射信号的差异。通过对信号峰下面积进行积分，可定量计算出信号强度的差异。此外，也可单独或合并计算前向或后向散射的总强度。该信息可为眼科医生或人工晶状体制造商评估人工晶状体（IOL）质量提供帮助。
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讨论
SLSP 平台实验结果表明，利用简单的测角光度学原理可成为评估与独特人工晶状体设计和材料相关的光散射特性的有力工具。具体而言，SLSP 平台观察到可检测到的散射光量与光源光束直径之间存在直接相关性。此外，SLSP 能够清晰观测到多焦点人工晶状体中的多个散射峰。进一步地，当入射光接近掠射角时，SLSP 观测到散射光显著增加，因为大部分光被晶状体表面反射。
如实验方案中所述，光源与人工晶状体（IOL）的对准对于散射光的准确测量至关重要。此外，必须通过软件编程将传感器的位置与其测量值精确关联。可通过使光输出穿过位于同一光学平面（X、Y 和 Z）的针孔光阑来校正对准问题。在 IOL 后方放置针孔光阑也可用于确保 IOL 本身正确对准。通过确保自定义软件程序的每一步均实现预期结果，即可完成对软件的故障排查。
SLSP 平台已证明能够以接近 360˚R 的视野定量评估光散射的强度和方向。因此，SLSP 平台可能成为评估现有及新型人工晶状体（IOL）设计与材料的有力工具，从而更准确地预测其是否存在过度散射光线的潜在风险，尤其是在与强大的模.......
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披露
提及商业产品、其来源或其与本文所报告材料的关联使用，并不应被理解为美国卫生与公共服务部对该类产品实际或暗示的认可。
致谢
作者感谢各公司提供单焦点和多焦点人工晶状体（IOL）的使用权限。本工作得到了橡树岭科学与教育研究所（ORISE）和医疗器械研究员项目（MDFP）的支持，谨此对他们的贡献表示感谢。此外，作者还感谢Samuel Song在实验室中的贡献。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| PD300 系列光电二极管传感器 | Ophir-Spiricon 公司 | 7Z02410 | PD300-1W，符合 RoHS 标准 |
| URS 系列精密旋转台 | Newport 公司 | URS75BCC | |
| ESP301 单轴运动控制器和驱动器 | Newport 公司 | ESP301-1N | |
| LabView 软件 | National Instruments 公司 | 776671-35 | |
| Origin | OriginLab 公司 | 不适用 | |
| 单模 FC/APC 光纤跳线 | ThorLabs 公司 | P3-460B-FC | |
| 10 倍 Olympus 平场消色差物镜 | ThorLabs 公司 | RMS10X | RMS10X - 10 倍 Olympus 平场消色差物镜，数值孔径 0.25，工作距离 10.6 mm |
参考文献
- Walker, B. N., James, R. H., Calogero, D., Ilev, I. K. A novel full-angle scanning light scattering profiler to quantitatively evaluate forward and backward light scattering from intraocular lenses. Rev. Sci. Instrum. 86 (9), (2015).
- Vandenberg, T.
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重印与许可
