Metodología basada en el perfilador de dispersión de luz de barrido (SLPS) para evaluar cuantitativamente la dispersión de luz hacia delante y hacia atrás desde lentes intraoculares

Summary

Este protocolo describe el perfilador de dispersión de luz de barrido (SLSP) que permite la evaluación cuantitativa en ángulo completo de la difusión hacia delante y hacia atrás de la luz desde las lentes intraoculares (LIO) utilizando los principios del goniopotómetro.

Abstract

La metodología de perfiles de dispersión de luz de barrido (SLSP) ha sido desarrollada para la evaluación cuantitativa en ángulo completo de la dispersión de luz hacia adelante y hacia atrás a partir de lentes intraoculares (LIOs) usando los principios de goniopotómetro. Este protocolo describe la plataforma SLSP y cómo emplea un sensor de fotodetector giratorio de 360 ​​° que se escanea alrededor de una muestra IOL mientras se registra la intensidad y la ubicación de la luz dispersa a medida que pasa a través del medio IOL. La plataforma SLSP puede usarse para predecir, no clínicamente, la propensión a diseños y materiales IOL actuales y nuevos para inducir la dispersión de la luz. La evaluación no clínica de las propiedades de dispersión de la luz de las LIO puede reducir significativamente el número de quejas relacionadas con el deslumbramiento no deseado, el brillo, los defectos ópticos, la mala calidad de la imagen y otros fenómenos asociados con la dispersión no intencional de la luz. Deben realizarse estudios futuros para correlacionar los datos de SLSP con los resultados clínicos para ayudar a identificarQue midió la dispersión de la luz es más problemática para los pacientes que se han sometido a una cirugía de catarata posterior a la implantación de la LIO.

Introduction

El perfiles de dispersión de luz perfilador (SLSP) se introdujo por primera vez para abordar la necesidad de evaluar cuantitativamente características de dispersión de la luz de las lentes intraoculares (LIO) en un entorno no clínico [ ^1] . El desarrollo de una metodología de prueba para evaluar las tendencias de dispersión de la luz de diseños y materiales de LIO es de interés significativo para ayudar a identificar posibles problemas no deseados de dispersión de la luz. La dispersión de la luz es comúnmente reportada por los pacientes y se observa como deslumbramiento, brillo, imperfecciones ópticas y otras formas de disfotopsia ² , que a veces conducen a un paciente que solicita la explicación de la LIO. Además de la disfotopsia, la luz dispersa reduce la cantidad de luz balística, lo que resulta en una menor calidad general de la imagen ³ . Desarrollar un dispositivo que no puede evaluar clínicamente el potencial de LIO para dispersar la luz entrante (y posteriormente correlacionado con los resultados informados clínicamente) cUn útil.

Es de particular interés evaluar las propiedades ópticas de las LIOs (el lente utilizado para reemplazar la lente cristalina humana después de la cirugía de catarata), ya que es el dispositivo médico más implantado en el mundo (casi 20 millones por año) ⁴ y Estados Unidos (más de 3 Millones por año) ⁵ . Como resultado, incluso un pequeño porcentaje de pacientes que reportan disfotopsia puede tener un gran impacto. Además, las tecnologías que mejoran rápidamente ( por ejemplo, nuevos diseños de IOL, materiales y capacidades ópticas) tienen el potencial de aumentar las preocupaciones relacionadas con la dispersión de la luz. Por ejemplo, las LIO multifocales han sido diseñadas para mejorar la agudeza visual cercana y lejana mediante el diseño de lentes que utilizan principios ópticos de refracción y difracción. Aunque son altamente exitosas, también se ha encontrado que estas lentes aumentan la cantidad de halos reportados y el deslumbramiento, en gran medida asociado con la dispersión de la luz ⁶

Algunos estudios de laboratorio no clínicos intentan predecir la disfotopsia de la luz dispersa a medida que pasa a través de las LIO ⁷ . Por ejemplo, la investigación ha identificado que las HAPTIC de IOL (los brazos de la LIO utilizados para establecerlo en su lugar) y el borde de las LIO son propensos a inducir una gran cantidad de la luz dispersa observada dispersa [ ^8] . Se introdujo un método, un método de esfera integradora de eliminación de fotones balísticos (BRIM), para medir cuantitativamente la cantidad de luz no balística total después de pasar a través de una LIO ⁹ . Sin embargo, esta técnica altamente sensible está diseñada para medir la intensidad total de la luz dispersa y no puede identificar la direccionalidad de la luz dispersa. Software de simulación de computadora se puede utilizar con los ojos del modelo para ayudar a predecir la intensidad y la direccionalidad de la dispersión de la luz de varios diseños de IOL y materiales. Por ejemplo, la propensión para que el borde de la LIO induzca la luzT de dispersión se simuló para identificar diseños que limitaría la cantidad de luz dispersa ¹⁰ . Además, las simulaciones por computadora que incorporaron la teoría de dispersión de Mie verificaron que el aumento de la dispersión de luz puede reducir la función de transferencia de modulación (MTF) de la LIO (una correlación directa con la calidad de la imagen) ³ . Aunque sería útil, se necesitarían pruebas de banco reales para verificar estas simulaciones predictivas.

Para verificar las simulaciones predictivas es necesaria una prueba de banco que sea capaz de detectar y evaluar cuantitativamente dos formas distintas de luz dispersa, dispersada hacia adelante y luz dispersa hacia atrás. Aunque no es una fuente de disfotopsia, la luz dispersa hacia atrás (dispersión de la luz lejos del ojo) es una causa para la calidad de imagen reducida, como menos luz pasa a través de la LIO para llegar finalmente a la retina. La luz dispersa hacia adelante (dispersión de la luz hacia la retina) es una preocupación para los oftalmólogos, ya quePuede resultar en quejas de disfotopsia ( por ejemplo , deslumbramiento, halo y centelleo). Un ejemplo común es el de los pacientes que informan de un deslumbramiento indeseado adicional al pasar los coches que se aproximan durante la conducción nocturna; Este problema es particularmente común con LIOs multifocales ¹¹ . Sin embargo, la práctica actual para identificar la luz potencial dispersada hacia adelante es que los oftalmólogos iluminen la vista del paciente y observen cualitativamente cuánta luz se refleja hacia atrás (luz difusa hacia atrás) y asumiendo que la luz dispersada hacia atrás será aproximadamente la misma que la luz difundida hacia adelante Luz (que no siempre es el caso) ¹² .

Aquí, describimos una metodología de prueba simple utilizando los principios de goniophotometría para medir cuantitativamente la magnitud y la dirección de la luz dispersada en que pasa a través de una lente intraocular. El SLSP opera girando un sensor de fotodiodo 360 grados alrededor de una IOL que está expuesta a una luz sVéase la Figura 1a . Elegimos una fuente láser verde (543 nm) para representar mejor el máximo fotópico conocido y estar de acuerdo con las especificaciones estándar internacionales ¹³ . Aquí, una IOL se adapta a un soporte giratorio y traslacional donde un sensor de fotodiodo puede circular alrededor y observar la dispersión de la luz fuera de la lente. Como resultado, el SLSP tiene la capacidad única de medir cuantitativamente la magnitud y direccionalidad de la luz dispersa. Sin embargo, aunque no se describen aquí, para mejores capacidades predictivas, los experimentos deben realizarse en un ambiente controlado usando un modelo de ojo apropiado. La distancia entre el IOL y el sensor óptico (así como el tamaño del elemento sensor) determinará las capacidades de resolución del dispositivo; Sin embargo, habrá un tradeoff entre la resolución y la fuerza de la señal que necesitará ser ajustado, según lo necesitado.

Para describir con precisión el principioEs de la plataforma SLSP definimos tres tipos de ángulos de rotación, ver Figuras 1b y 1c . Específicamente, el ángulo de rotación (˚R) representa la rotación de un sensor de fotodiodo a medida que gira alrededor de una IOL. Aquí, 0˚R representaría cuando el sensor está detrás de la lente (luz difusa hacia atrás) y 180˚R cuando el sensor está delante de la lente (luz difundida hacia adelante). Los ángulos de 90˚ y 270˚ representan los puntos de transición entre la luz difundida hacia adelante y hacia atrás. El ángulo de detección (˚S) representa grados en los que el sensor es pivotado (en dirección ascendente y descendente) de modo que pueda detectar más de un plano de luz dispersa. Aquí, 0˚S significa que la superficie del sensor es paralela a la IOL (y la fuente de luz). Finalmente, el ángulo de incidencia (˚I) representa el ángulo al que se aproxima la fuente de luz desde el IOL. Aquí, 0˚I corresponde a cuando la luz incidente está en el eje óptico de la IOL y 90 &# 730; Representaría cuando la fuente de luz es perpendicular al plano Meridional.

Protocol

1. Preparación de la Plataforma de Medición SLSP

NOTA: Todos los pasos de alineación requieren precisión y paciencia para asegurar una cuantificación precisa al medir la dispersión de la luz. Una descripción general de la configuración de SLSP se proporciona en la Figura 1 . Aquí, una ilustración ( Figura 1a ) muestra el concepto básico de la configuración SLSP. Además, las Figuras 1b y 1c ayudan a definir los diversos ángulos referenciados dentro de la discusión. Específicamente, los siguientes tres ángulos se definen en las Figuras 1b y 1c : ˚R (ángulo de rotación del sensor), ˚S (ángulo de medida del sensor) y ˚I (ángulo de incidencia de la IOL).

1. Alineación SLSP (Figura 2).
   1. Enfoque una fuente láser de ancho de banda estrecha (aquí, una longitud de onda central de 543 nm) en una fibra óptica de entrega de modo único usando una lente de objetivo corregida a la infinitud 10x.
      NOTA: Pruebe el lighT para asegurar que la salida del lumen es constante o las mediciones serán difíciles de cuantificar. Un haz enfocado se determina observando la luz que pasa a través de la fibra, esto no alcanzará la eficacia del 100%, pero debe ser bastante de modo que la luz pueda finalmente ser detectada por el sensor.
   2. Colimate la fuente de luz integrando la fibra óptica de modo único con una lente de objetivo 10X corregida infinitamente de modo que la fibra se posicione en el punto focal de la lente de objetivo. La luz de salida debe resultar en un perfil de haz gaussiano uniforme.
   3. Coloque una abertura de iris delante de la fuente de luz para ajustar el diámetro del haz gaussiano.
      NOTA: Ajuste el diámetro de la abertura del iris para que sea representativo de un ojo humano ( por ejemplo, de 1 a 6 mm de diámetro). Como las quejas de tipo dispersión de luz se asocian comúnmente con la conducción nocturna, pueden preferirse diámetros de diafragma del iris representativos de un diafragma dilatado.
   4. Construir un goniófotómetro uniendo un fotodiodo senA una etapa de rotación de 360˚ motorizada / programable con capacidades de translación lineal (x, y, y z) utilizando un brazo extensible (poste de metal con abrazadera de poste).
      NOTA: Diseñe una plataforma de escenario que permita la traducción, así como ajustes de inclinación. Diseñe el soporte del sensor que permite 360˚ de ángulo de giro del sensor (˚R) y puede ajustarse a por lo menos 45˚ de rotación del ángulo del sensor (˚S) para medir diferentes planos de dispersión. La distancia del brazo extendido depende de la sensibilidad del sensor de fotodiodo y de la precisión angular deseada.
   5. Ajuste el ángulo de detección del sensor (según sea necesario) inclinando la cara del sensor y ajustando la ubicación de los brazos.
2. Alineación IOL
   1. Construya una plataforma de sujeción de IOL de modo que la IOL se sitúe por encima del goniófotómetro ( Figura 2 ).
      1. Para lograr esto, construya la plataforma de retención de IOL para que la LIO se suspenda abOve el centro del goniophotometer (invirtiendo las posiciones del goniophotometer y IOL es también posible).
         1. Para construir la plataforma, utilice cuatro postes cilíndricos de 18 "de largo, ½" de diámetro y soportes de postes y fíjelos a un tablero de 18 x 18 ", que es el soporte base de la plataforma.
   2. Fije una etapa de traslación (dirección x, y, y z) con capacidades de inclinación y rotación (I˚) debajo de la placa de pruebas para que la etapa esté hacia abajo.
      NOTA: Las etapas de traducción con pasos pequeños (unos pocos micrones) permiten una mayor precisión durante la alineación de la LIO y mejorarán la precisión de la goniophotometría. Las dimensiones específicas de la plataforma se pueden adaptar a las necesidades individuales. Como resultado, las dimensiones cilíndricas de los postes y de la placa de pan pueden ser ajustadas.
      1. Fije firmemente la LIO a la plataforma de sujeción del IOL sujetando uno de los hápticos de IOL.
         NOTA: En esta pruebaDe experimento de propósito, las LIOs se prueban en el aire; Sin embargo, las LIO en solución y las temperaturas que mejor representan las condiciones in vivo serían ideales.
   3. Alinee la IOL directamente delante de la fuente de luz (con el plano de enfoque de IOL perpendicular a la fuente de luz) usando ajustes lineales y de inclinación desde la plataforma de sujeción de IOL para asegurarse de que la dirección de la luz no cambia al pasar por el centro de La LIO. Esta posición constituirá un ángulo de incidencia (I˚) de 0˚.
   4. Identificar la ubicación del punto focal de luz desde la LIO y colocar un pequeño dispositivo cónico en la zona focal para mitigar la detección de luz defocused (cuando sea necesario). Identifique el punto focal de luz colocando un pedazo de papel (como una tarjeta de visita) detrás de la IOL e identificando dónde está la luz más enfocada. Esto puede ser una medida subjetiva.
      NOTA: Este paso sólo es necesario si se desea medir puramente no-bLuz alistoria
   5. Coloque la etapa motorizada para el sensor de fotodiodo directamente debajo de la IOL para asegurarse de que la IOL se encuentra en el centro de la trayectoria goniophotometer. Alinee el goniopotómetro de modo que quede aproximadamente a 12 cm de distancia de la LIO.
      NOTA: La relación de la LIO y el goniophotómetro determinará la resolución de las pruebas, donde cuanto más alejado esté el goniophotómetro, se podrá lograr una mayor resolución. Sin embargo, una mayor distancia (y tamaños de paso más pequeños) resultará en una señal más baja y tiempos de experimentación más largos.
   6. Ajuste el ángulo de incidencia (I˚) girando la plataforma de sujeción de IOL.
      NOTA: Los experimentos iniciales deben realizarse con un ángulo de incidencia de 0˚ a 80˚. Más allá de 80˚ comenzará a acercarse al ángulo de pastoreo donde toda la luz se reflejará.
3. Programación
   1. Construir un programa de software para coordinar la mecánica moDel sensor con su correspondiente medición de la luz utilizando el software de diseño del sistema (véase el archivo suplementario 1 y la tabla de materiales ).
      NOTA: Al construir el programa de software, tenga en cuenta la velocidad del sensor para asegurarse de que la ubicación física del sensor refleje con precisión la medida registrada. El programa diseñado para este experimento se proporciona en el archivo suplementario 1 .

2. Experimentación SLSP y análisis de datos

1. Exploración (˚R)
   1. Asegúrese de que la LIO y la fuente de luz estén correctamente alineadas (consulte las secciones 1.1 y 1.2).
   2. Construir un recinto alrededor del sensor de fotodiodo y la LIO usando un recipiente con recubrimiento interno no reflectante para minimizar la detección de luz errante. Asegúrese de proporcionar una abertura para la fuente de luz.
      NOTA: El diseño específico de la caja debe ser personalizadoBasado en una luz externa en la habitación. Como resultado, varios diseños son utilizables. Sin embargo, el propósito de la caja es mitigar toda la luz externa de ser detectada por el sensor.
   3. Apague todas las fuentes de luz dentro de la sala, excepto la computadora de programación.
   4. Ejecute el programa de software SLSP (paso 1.3.1) para que el sensor gire alrededor de la IOL para medir la luz dispersada en cada grado de rotación (˚R).
   5. Para medir la luz dispersa en más de un plano, ejecute el programa de software SLSP varias veces mientras ajusta manualmente el brazo extendido del sensor y el ángulo de medición del sensor (˚S).
      NOTA: El número de veces que se ejecuta el programa depende del resultado deseado. Cuantos más ángulos de detección se midan resultará más precisión para identificar la direccionalidad de la luz dispersada.
   6. Para estudios sobre el diámetro del haz, ajuste la apertura del diafragma al diámetro deseado antes de ejecutar el programa SLSP.
      NOTA: EllaE, se utilizaron los diámetros de haz de láser de 1, 2, 3, 4 y 4,64 mm para imitar mejor los diámetros de iris típicos. 4,64 mm fue el diámetro más grande utilizado ya que éste era el diámetro del haz colimado sin pasar a través de la abertura del iris.
   7. Para estudios de ángulo de incidencia, gire la montura IOL al ángulo de incidencia deseado antes de ejecutar el programa SLSP. Aquí se estudiaron los ángulos de incidencia (I˚) de 0˚, 20˚, 45˚ y 80˚.
      NOTA: Se necesita un paquete de procesamiento de datos científicos para el análisis de los datos recopilados.
   8. Para la obtención de imágenes tridimensionales, unir los datos de cada exploración en diferentes ˚S con un paquete de procesamiento de datos. Stich los datos mediante el trazado de un libro de matriz donde el ángulo de medida del sensor (˚S) se representa en función del ángulo o la rotación (˚ R).
      NOTA: Para representar mejor las condiciones in vitro , la plataforma SLSP puede ser invertida de manera que el goniophotómetro esté por encima de la LIO y la LIO puede entoncesSer colocado dentro de un baño de solución salina con temperatura controlada. Sin embargo, en estas condiciones, los tiempos de permanencia del sensor necesitarán ser considerablemente más largos para tener en cuenta el movimiento de la solución salina cuando el sensor se mueve de posición a posición y desplaza al medio.

Results

Las mediciones de goniófotometría pueden producir 360˚R de señal cuando el sensor no se encuentra en el plano de la fuente de luz. Sin embargo, para recoger mediciones de luz dispersa en el plano de la fuente de luz (0˚I), el sensor necesitará eclipsar la fuente de luz, resultando en menos de 360˚R de señal. En nuestros experimentos, se determinó que ~ 20˚R de la señal se bloqueó como el sensor eclipsó la fuente de luz.

Los ex...

Discussion

Los resultados de los experimentos de la plataforma SLSP han encontrado que el uso de principios de goniophotometría simple puede conducir a una poderosa herramienta para evaluar las propiedades de la dispersión de la luz asociados con diseños y materiales únicos de LIO. Específicamente, la plataforma SLSP ha observado una correlación directa entre la cantidad de luz dispersada detectable y el diámetro del haz de la fuente de luz. Además, los múltiples picos dispersos encontrados en LIO multifocal se observaron fácilmen...

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Sensor de fotodiodo de la serie PD300	Ophir-Spiricon Corp	7Z02410	PD300-1W, RoHS
URS Series Etapa de rotación de precisión	Newport Corp.
ESP301 Controlador de movimiento de 1 eje y controlador	Newport Corp.	ESP301-1N
		776671-35
Origen	OriginLab Corp.	N/A
Cables de conexión de fibra óptica FC/APC MONOMODO	ThorLabs Inc.	P3-460B-FC
10X Olympus Plan Acromático Objetivo	ThorLabs Inc.	RMS10X	RMS10X - Objetivo 10X Olympus Plan Achromat, 0,25 NA, 10,6 mm WD