Ten protokół opisuje skanujący profiler rozpraszania światła (SLSP), który umożliwia pełną ocenę ilościową do przodu i do tyłu rozpraszania światła z soczewek wewnątrzgałkowych (IOL) przy użyciu zasad goniofotometru.
Method Article
Ten protokół opisuje skanujący profiler rozpraszania światła (SLSP), który umożliwia pełną ocenę ilościową do przodu i do tyłu rozpraszania światła z soczewek wewnątrzgałkowych (IOL) przy użyciu zasad goniofotometru.
Metodologia skanowania rozpraszania światła (SLSP) została opracowana do pełnej oceny ilościowej rozpraszania światła do przodu i do tyłu z soczewek wewnątrzgałkowych (IOL) przy użyciu zasad goniofotometru. Protokół ten opisuje platformę SLSP i sposób, w jaki wykorzystuje ona rotacyjny czujnik fotodetektora 360°, który jest skanowany wokół próbki IOL, rejestrując intensywność i lokalizację rozproszonego światła podczas przechodzenia przez ośrodek IOL. Platforma SLSP może być wykorzystana do przewidywania, nieklinicznie, skłonności obecnych i nowatorskich konstrukcji i materiałów IOL do indukowania rozpraszania światła. Niekliniczna ocena właściwości rozpraszania światła przez soczewki wewnątrzgałkowe może znacznie zmniejszyć liczbę skarg pacjentów związanych z niepożądanym odblaskiem, połyskiem, wadami optycznymi, niską jakością obrazu i innymi zjawiskami związanymi z niezamierzonym rozpraszaniem światła. Należy przeprowadzić przyszłe badania w celu skorelowania danych SLSP z wynikami klinicznymi, aby pomóc określić, które zmierzone rozproszenie światła jest najbardziej problematyczne dla pacjentów, którzy przeszli operację zaćmy po implantacji soczewki wewnątrzgałkowej.
Podejście do profilowania rozpraszania światła skanującego (SLSP) zostało po raz pierwszy wprowadzone w celu zaspokojenia potrzeby ilościowej oceny charakterystyki rozpraszania światła soczewek wewnątrzgałkowych (IOL) w warunkach nieklinicznych1. Opracowanie metodologii testowej do oceny tendencji do rozpraszania światła w konstrukcjach i materiałach IOL jest bardzo interesujące, aby pomóc w identyfikacji potencjalnych problemów związanych z niepożądanym rozpraszaniem światła. Rozproszenie światła jest często zgłaszane przez pacjentów i obserwowane jako odblaski, połysk, niedoskonałości optyczne i inne formy dysfotopsji2, co czasami prowadzi do tego, że pacjent prosi o eksplantację soczewki wewnątrzgałkowej. Oprócz dysfotopsji, światło rozproszone zmniejsza ilość światła balistycznego, co skutkuje niższą ogólną jakością obrazu3. Przydatne może być opracowanie urządzenia, które może nieklinicznie oceniać potencjał soczewek wewnątrzgałkowych do rozpraszania wpadającego światła (a następnie korelować je z wynikami zgłaszanymi klinicznie).
Ocena właściwości optycznych soczewek wewnątrzgałkowych (soczewki zastępującej ludzką soczewkę krystaliczną po operacji zaćmy) jest szczególnie interesująca, ponieważ jest to najczęściej wszczepiany wyrób medyczny na świecie (prawie 20 milionów rocznie)4 i Stanach Zjednoczonych (ponad 3 miliony rocznie)5. W efekcie nawet niewielki odsetek pacjentów zgłaszających dysfotopsję może mieć duży wpływ. Ponadto szybko rozwijające się technologie (np. nowe konstrukcje soczewek wewnątrzgałkowych, materiały i możliwości optyczne) mogą potencjalnie zwiększyć obawy związane z rozpraszaniem światła. Na przykład wieloogniskowe soczewki wewnątrzgałkowe zostały zaprojektowane w celu poprawy ostrości widzenia do bliży i dali poprzez projektowanie soczewek wykorzystujących zasady optyki refrakcji i dyfrakcji. Chociaż soczewki te są bardzo skuteczne, stwierdzono również, że zwiększają ilość zgłaszanych halo i odblasków, w dużej mierze związanych z rozpraszaniem światła6.
Kilka nieklinicznych badań laboratoryjnych próbuje przewidzieć dysfotopsję na podstawie rozproszonego światła przechodzącego przez IOLs7. Na przykład badania wykazały, że haptyka soczewek wewnątrzgałkowych (ramiona soczewki IOL używane do ustawienia jej na miejscu) i krawędź soczewek wewnątrzgałkowych są podatne na indukowanie dużej ilości obserwowanego światła rozproszonego odblaskiem8. Jedna z metod, metoda sfery całkującej usuwającej fotony balistyczne (BRIM), została wprowadzona w celu ilościowego pomiaru ilości całkowitego światła niebalistycznego po przejściu przez IOL9. Jednak ta bardzo czuła technika jest przeznaczona do pomiaru całkowitej intensywności rozproszonego światła i nie jest w stanie określić kierunkowości rozproszonego światła. Oprogramowanie do symulacji komputerowej może być używane z modelowymi oczami, aby pomóc w przewidywaniu intensywności i kierunkowości rozpraszania światła z różnych konstrukcji i materiałów IOL. Na przykład skłonność krawędzi IOL do indukowania rozpraszania światła została zasymulowana w celu zidentyfikowania projektów, które ograniczyłyby ilość rozproszonego światła10. Co więcej, symulacje komputerowe, w których uwzględniono teorię rozpraszania Mie, potwierdziły, że zwiększone rozproszenie światła może zmniejszyć funkcję przenoszenia modulacji (MTF) soczewki IOL (bezpośrednia korelacja z jakością obrazu)3. Chociaż są pomocne, konieczne byłyby rzeczywiste testy laboratoryjne, aby zweryfikować te symulacje predykcyjne.
Aby zweryfikować symulacje predykcyjne, niezbędny jest test laboratoryjny, który jest w stanie wykryć i ilościowo ocenić dwie różne formy światła rozproszonego, światło rozproszone do przodu i światło rozproszone do tyłu. Chociaż nie jest to źródło dysfotopsji, światło rozproszone wstecznie (światło rozpraszane z dala od oka) jest przyczyną obniżenia jakości obrazu, ponieważ mniej światła przechodzi przez soczewkę wewnątrzgałkową, aby ostatecznie dotrzeć do siatkówki. Światło rozproszone do przodu (rozpraszanie światła w kierunku siatkówki) jest problemem dla okulistów, ponieważ może powodować dolegliwości związane z dysfotopsją (np. odblaski, aureola i połysk). Jednym z typowych przykładów są pacjenci zgłaszający dodatkowe niechciane odblaski od przejeżdżających samochodów nadjeżdżających z naprzeciwka podczas jazdy nocą; ten problem jest szczególnie częsty w przypadku wieloogniskowych soczewek wewnątrzgałkowych11. Jednak obecna praktyka identyfikacji potencjalnego światła rozproszonego do przodu polega na tym, że okuliści kierują światło na oko pacjenta i jakościowo obserwują, ile światła jest odbijane z powrotem (światło rozproszone wstecz) i zakładają, że światło rozproszone do tyłu będzie w przybliżeniu takie samo jak światło rozproszone do przodu (co nie zawsze ma miejsce)12.
Tutaj opisujemy prostą metodologię testową wykorzystującą zasady goniofotometrii do ilościowego pomiaru wielkości i kierunku rozproszonego światła podczas przechodzenia przez soczewkę wewnątrzgałkową. SLSP działa poprzez obracanie czujnika fotodiody o 360 stopni wokół soczewki IOL, która jest wystawiona na działanie źródła światła, patrz rysunek 1a. Wybraliśmy źródło zielonego lasera (543 nm), aby jak najlepiej odwzorować znane maksimum fotopowe i zgadzać się z międzynarodowymi standardowymi specyfikacjami13. W tym przypadku soczewka IOL jest przystosowana do obrotowego i translacyjnego uchwytu, w którym czujnik fotodiody może krążyć i obserwować rozpraszanie światła od soczewki. W rezultacie, SLSP ma unikalną zdolność do ilościowego pomiaru wielkości i kierunkowości rozproszonego światła. Jednak, chociaż nie zostało to tutaj opisane, dla lepszych możliwości predykcyjnych, eksperymenty powinny być przeprowadzane w kontrolowanym środowisku przy użyciu odpowiedniego modelu oka. Odległość między soczewką IOL a czujnikiem optycznym (a także rozmiar elementu czujnika) określi możliwości rozdzielczości urządzenia; Będzie jednak istniał kompromis między rozdzielczością a siłą sygnału, który będzie musiał zostać dostosowany w razie potrzeby.
Aby dokładnie opisać zasady działania platformy SLSP, definiujemy trzy rodzaje kątów obrotu, patrz rysunki 1b i 1c. W szczególności kąt obrotu (°R) reprezentuje obrót czujnika fotodiody, gdy obraca się on wokół soczewki IOL. W tym przypadku 0°R oznacza, gdy czujnik znajduje się za obiektywem (światło rozproszone do tyłu), a 180°R oznacza, gdy czujnik znajduje się przed obiektywem (światło rozproszone do przodu). Kąty 90° i 270° reprezentują punkty przejścia między światłem rozproszonym do przodu i do tyłu. Kąt wykrywania (°S) reprezentuje stopnie, w których czujnik jest obracany (w kierunku góra iw dół), dzięki czemu może wykrywać więcej niż jedną płaszczyznę rozproszonego światła. W tym przypadku 0°S oznacza, że powierzchnia czujnika jest równoległa do IOL (i źródła światła). Wreszcie kąt padania (°I) reprezentuje kąt, z którego źródło światła zbliża się do soczewki IOL. W tym przypadku 0°I odpowiada, gdy światło padające znajduje się na osi optycznej IOL, a 90° oznaczałoby, gdy źródło światła jest prostopadłe do płaszczyzny południka.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
1. Przygotowanie platformy pomiarowej SLSP
UWAGA: Wszystkie etapy wyrównywania wymagają precyzji i cierpliwości, aby zapewnić dokładne określenie ilościowe podczas pomiaru rozproszenia światła. Przegląd konfiguracji SLSP znajduje się na rysunku 1. Tutaj ilustracja (Rysunek 1a) przedstawia podstawową koncepcję konfiguracji SLSP. Ponadto rysunki 1b i 1c pomagają zdefiniować różne kąty, do których odwołuje się dyskusja. W szczególności na rysunkach 1b i 1c zdefiniowano następujące trzy kąty: °R (kąt obrotu czujnika), °S (kąt pomiaru czujnika) i °I (kąt padania soczewki IOL).
2. Eksperymenty SLSP i analiza danych
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Pomiary goniofotometryczne mogą generować sygnał 360°R, gdy czujnik nie znajduje się na płaszczyźnie źródła światła. Jednak, aby zebrać pomiary ze światła rozproszonego na płaszczyźnie źródła światła (0°I), czujnik będzie musiał zaćmić źródło światła, co spowoduje mniej niż 360°R sygnału. W naszych eksperymentach ustalono, że ~20°R sygnału było blokowane, gdy czujnik zaćmiewał źródło światła.
Eksperymenty wykazały, że cztery głó...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Wyniki eksperymentów na platformie SLSP wykazały, że zastosowanie prostych zasad goniofotometrii może doprowadzić do powstania potężnego narzędzia do oceny właściwości rozpraszania światła w połączeniu z unikalnymi konstrukcjami i materiałami IOL. W szczególności platforma SLSP zaobserwowała bezpośrednią korelację między ilością wykrywalnego światła rozproszonego a średnicą wiązki źródła światła. Ponadto wielokrotne rozproszone piki znalezione w wieloogniskowych soczewkach wewnątrzgałkowych można było łatwo zaobserwować ...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Wzmianka o produktach komercyjnych, ich źródłach lub zastosowaniu w związku z materiałami opisanymi w niniejszym dokumencie nie może być interpretowana jako faktyczne lub dorozumiane poparcie takich produktów przez Departament Zdrowia i Opieki Społecznej.
Autorzy chcieliby podziękować firmom za dostęp do ich jedno- i wieloogniskowych soczewek wewnątrzgałkowych. Praca ta była wspierana przez Oak Ridge Institute for Science and Education (ORISE) oraz Medical Device Fellowship Program (MDFP), a ich wkład jest doceniany. Ponadto autorzy chcieliby podziękować Samuelowi Songowi za jego wkład w laboratorium.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| Czujnik fotodiodowy serii PD300 | Ophir-Spiricon Corp | 7Z02410 | PD300-1W, RoHS |
| Seria URS Precyzyjny stopień obrotu | Newport Corp. | ||
| ESP301 1-osiowy kontroler ruchu i sterownik | Newport Corp. | ESP301-1N | |
| Oprogramowanie LabView | National Instruments Corp. | 776671-35 | |
| Pochodzenie | OriginLab Corp. | Nie dotyczy | |
| jednomodowych światłowodowych krosowych FC / APC | ThorLabs Inc. | P3-460B-FC | |
| 10-krotny obiektyw planachromatyczny Olympus | ThorLabs Inc. | RMS10X | RMS10X - 10-krotny obiektyw planachromatyczny Olympus, 0,25 NA, 10,6 mm WD |
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request Permission