W tym protokole przedstawiamy elementy projektu koncepcyjnego i rozwój strukturalny aparatu do pomiaru ostrości olśnienia. Dodatkowo opisano konstrukcję urządzenia do pomiaru dodatnich dysfotopsji (aureole, szprychy) oraz dwupunktowych progów świetlnych.
Artykuł metodologiczny
Pomiar behawioralnych skutków rozproszenia wewnątrzgałkowego
W tym artykule
Podsumowanie
Streszczenie
Rozproszenie wewnątrzgałkowe, wraz z powiązanymi z nim funkcjonalnymi objawami, jest główną przyczyną wypadków samochodowych i znaczącym biomarkerem ukrytych i jawnych chorób oczu (np. chorób rogówki i soczewki). Prawie wszystkie obecne metody pomiaru behawioralnych konsekwencji rozproszenia światła mają jednak różne ograniczenia, które w większości odzwierciedlają brak trafności konstrukcji i treści: w rzeczywistości miary nie odzwierciedlają odpowiednio warunków rzeczywistych (np. sztuczne światło w porównaniu ze światłem słonecznym) lub codziennych zadań (np. rozpoznawanie w wymagających wizualnie warunkach).
Ten protokół opisuje dwie nowatorskie, ekologicznie poprawne metody pomiaru behawioralnych efektów rozpraszania wewnątrzgałkowego poprzez ilościowe określanie geometrii rozproszenia i wizualne rozpoznawanie w warunkach olśnienia. Pierwszy z nich został zmierzony poprzez ocenę średnicy halo i szprych, które powstały w wyniku źródła jasnego punktu. Rozproszenie światła (zasadniczo funkcja rozproszenia punktowego wyznaczona za pomocą kryteriów Rayleigha) określono ilościowo poprzez określenie minimalnej dostrzegalnej odległości między dwoma małymi punktami światła szerokopasmowego. To ostatnie odbywało się w oparciu o identyfikację liter tworzonych za pomocą otworów, przez które wpadało jasne światło.
Wprowadzenie
Odblaski są powszechnie definiowane jako pogorszenie jasności optycznej wynikające z rozproszenia wewnątrzgałkowego w ośrodku ocznym. To rozproszenie zniekształca reprezentację obrazu na siatkówce i powoduje zakłócenie obrazu sceny wizualnej. Większość poważnych wypadków związanych z olśnieniem zdarza się z powodu rozproszenia wewnątrzgałkowego w ciągu dnia spowodowanego przez sun1. To pochodzenie oznacza, że pora dnia i pora roku (pozycja słońca) są istotnymi zmiennymi, podobnie jak wiek kierowcy2,3. Biorąc pod uwagę znaczenie olśnienia jako kwestii bezpieczeństwa, przeprowadzono kilka badań metodologicznych skoncentrowanych na (głównie komercyjnych) urządzeniach do testowania różnic indywidualnych i grupowych4. Często objawia się to jasnym światłem (zwykle halogenowym lub fluorescencyjnym) otaczającym wykres ostrości lub siatki. W zależności od cech danej osoby (np. pigmentacja oka, gęstość soczewek)5, przylegające do siebie światła powodują jasność zasłony, która pogarsza wydajność. Na pierwszy rzut oka wydaje się, że te zadania mają wysoką trafność. Jak pokazano w Rysunek 1A,B, rosnące rozproszenie bezpośrednio zasłania obiekty, a dostępne testy rejestrują różnice wynikające z intensywności źródła olśnienia i cech osobistych. Testy mają jednak kilka wad6 i pozostawiają wiele ważnych aspektów rozproszenia bez oceny. Pierwszym i najbardziej oczywistym jest po prostu to, że najczęstszym źródłem olśnienia w życiu codziennym jest słońce.
Rozproszenie w oku ma złożoną zależność od długości fali, która jest potęgowana przez wiek i pigmentację oka7. W stopniu, w jakim test odbiega od tego naturalnego źródła, jego zdolność do przewidywania funkcji wzrokowych w takich okolicznościach może być ograniczona. W typowych testach wykorzystuje się białe diody elektroluminescencyjne (LED) lub halogeny montowane z boku. We wczesnym badaniu przeprowadzonym na 2422 europejskich kierowcach, van den Berg i in. zauważyli, że rozpraszanie w oku i ostrość wzroku były stosunkowo niezależnymi predyktorami jakości widzenia badanego (rozproszenie i ostrość wzroku nie były skorelowane)4. Jednak w prawdziwym świecie odblaski często pochodzą bezpośrednio z oglądanego obiektu. Źródło olśnienia może pochodzić z góry (np. Słońce) lub z boku (np. reflektory samochodowe), ale luminancja zasłaniająca znajduje się bezpośrednio na linii wzroku. W tym badaniu naukowcy próbowali rozwiązać oba te problemy, wybierając źródło światła, które ściśle pasowało do południowego światła słonecznego (Rysunek 2) i projektując zadanie, które opierało się na rozpoznawaniu (a nie tylko wykrywaniu) i gdzie zadanie i stres świetlny znajdowały się jednocześnie w bezpośredniej linii wzroku widza.
Oprócz zasłaniania luminancji zmniejszającej ostrość widzenia (rozproszenie wzdłuż linii widzenia), wiele warunków wpływa na rzeczywistą geometrię rozproszenia w oku (tj. nie tylko rozproszenie światła do przodu w plamce żółtej) i pogarsza widzenie. Opisuje to powszechne pojawianie się aureoli i szprych (lub, gdy jest to wystarczająco wyniszczające, dodatnia dysfotopsja (PDP) (przykłady patrz Rysunek 3). PDP jest częstym skutkiem ubocznym u osób, które przeszły operację korekcyjną LASIK8 oprócz osób z zaćmą (często określaną klinicznie jako "nietolerowana" PDP9 - ta grupa demograficzna obejmuje mniej więcej połowę populacji w wieku 70 lat i więcej). PDP często nie jest korygowane przez operację zaćmy, ponieważ sama operacja powoduje niejednorodności w rogówce, osadzenie implantu w torebce soczewki jest niedoskonałe, a wiele projektów soczewek, rozwiązując niektóre problemy, takie jak starczowzroczność, tworzy inne, takie jak spoking i halo. Na przykład Buckhurst i wsp. wykazali, że rozproszenie wewnątrzgałkowe było takie samo między różnymi konstrukcjami przezroczystych soczewek wewnątrzgałkowych (IOL), ale soczewki wieloogniskowe tworzyły znaczącą PDP10.
Pierwszy halometr zaprojektowany do precyzyjnego pomiaru wizualnych halo/szprych został opisany w 1924 roku przez Roberta Elliota. Urządzenie było w zasadzie lampą w pudełku z małym otworem i suwakiem (nawet wcześniejsze wersje wykorzystywały rysunki efektów wizualnych ze świec). Kilka wariantów tego motywu pojawiło się9, aż w końcu na rynku pojawiło się urządzenie o nazwie Aston Halometer. To urządzenie10,11 jest oparte na jasnej, białej diodzie LED umieszczonej w środku tabletu (badani identyfikują litery otaczające tablet, gdy poruszają się one odśrodkowo w krokach co 0,5°). Jak wspomniano wcześniej, jednym z wyzwań związanych z tym projektem jest to, że białe diody LED nie pasują do słońca. Innym jest po prostu to, że źródło (pojedyncza dioda LED) nie jest wystarczająco jasne, aby wywołać znaczące aureole i odblaski szprych. Naukowcy nałożyli folie okluzyjne Bangeter (zasadniczo dyfuzor), aby zwiększyć rozpraszanie światła (i zmniejszyć odbicia zwierciadlane od powierzchni tabletki). Wiąże się to jednak z ryzykiem zakłócenia źródła (tj. znaczna część rozproszenia pochodzi wtedy z dyfuzora, a nie z niejednorodności w samym oku – tej samej zmiennej, która musi zostać określona ilościowo). Przeprojektowanie halometru ma kilka funkcji mających na celu rozwiązanie tych problemów. Po pierwsze, wykorzystuje szerokopasmowy ksenon jako symulator słoneczny12 i wykorzystuje oryginalną metodę apertury wprowadzoną przez Elliota z precyzyjnie wyśrodkowanymi suwmiarkami.
Osłona światła, która tworzy centralną aperturę, ma tę dodatkową zaletę, że można ją podzielić na dwie mniejsze apertury, które można powoli rozsuwać w celu zmierzenia rozproszenia światła (zasadniczo, behawioralnie wyprowadzona funkcja rozproszenia punktowego; zobacz Rysunek 4). Ten projekt został wykorzystany w kilku ostatnich badaniach do oceny właściwości optycznych fotochromowych soczewek kontaktowych13. Podsumowując, mierząc średnicę aureoli i szprych, minimalna odległość między dwoma punktowymi źródłami światła (rozproszenie światła) i ostrość olśnienia, odnosi się nie tylko do tego, że pacjent cierpi z powodu odblasków w rzeczywistych warunkach, ale także do tego, w jaki sposób. Behawioralne skutki rozproszenia światła w oku nie są zjawiskiem jednostkowym4,14,15. Każda z tych zmiennych wyjaśnia stosunkowo unikalny aspekt wariancji funkcji wzrokowej. Na przykład aureole powstają w wyniku rozproszenia światła do przodu powstającego głównie przez soczewkę krystaliczną. Szprychy (zasadniczo korona rzęskowa) powstają w wyniku dyfrakcji i aberracji, które powstają w wyniku rozpraszania małych cząstek wzdłuż ścieżki optycznej14,16.
Protokół
UWAGA: Procedury opisane w poniższym protokole są zgodne ze wszystkimi wytycznymi instytucjonalnymi dotyczącymi badań na ludziach. Badanie to zostało zatwierdzone przez instytucjonalną komisję rewizyjną University of Georgia, a procedury eksperymentalne zostały przeprowadzone zgodnie z wytycznymi dobrej praktyki klinicznej i zasadami etycznymi Deklaracji Helsińskiej.
1. Konstruowanie aparatu do pomiaru ostrości olśnienia
UWAGA: Rysunek koncepcyjny systemu jest pokazany w Rysunek 5.
- Zacznij od stołu optycznego i zainstaluj ksenonową lampę łukową o mocy 1000 W z powiązanym zasilaczem na tylnym końcu ławki (patrz a z Rysunek 5).
UWAGA: Najlepszym wyborem na stół optyczny jest płytka stykowa z siatką otworów montażowych, zwykle gwintem M6 na siatce 25 mm. Minimalny wymagany rozmiar to ~91 cm x 122 cm. Jednym z ograniczeń tych systemów jest to, że jeśli strumień świetlny nie jest stały (w ramach sesji i między sesjami), niewielkie różnice byłyby interpretowane jako zmiany w progach zachowania. Dlatego upewnij się, że zasilacz jest ściśle regulowany za pomocą optycznych czujników sprzężenia zwrotnego, aby zapewnić stałą moc światła podczas sesji eksperymentalnych i w czasie. - Zainstaluj pierwszą soczewkę w pozycji, która kolimuje światło ze źródła (patrz b z Rysunek 5) i wprowadź element optyczny, aby usunąć ciepło w optyce generowane przez intensywne źródło światła (Rysunek 5C).
UWAGA: Wszystkie soczewki w systemie są achromatami plano-wypukłymi z powłoką antyrefleksyjną. Efektywna ogniskowa wynosi ~100 mm, a średnica ~5 cm (nieco większa niż otwór wyjściowy źródła światła). Filtry podczerwieni mogą być używane do usuwania ciepła, ale często przeszkadzają w tym, co widzialne. Kąpiel wodna to fajna alternatywa. W obecnym systemie dwie płaszczyzny optyczne otaczały rurkę wypełnioną wodą. - Wprowadź następną soczewkę (patrz d z Rysunek 5) w układzie optycznym, aby skupić światło na małym punkcie na 100-milimetrowym okrągłym filtrze o neutralnej gęstości (patrz e z Rysunek 5), który tłumi światło w zakresie liniowym około 2 jednostek logarytmu gęstości optycznej. Określ nominalne położenie filtra za pomocą cyfrowego odczytu sprzężonego z potencjometrem (patrz j z Rysunek 5). Użyj skalibrowanego radiometru, aby określić rzeczywistą ilość przepuszczanego światła, która odpowiada położeniu filtra kołowego i okresowo potwierdzać, że całkowita energia w systemie pozostaje stała w trakcie eksperymentu.
UWAGA: Ponieważ filtrowanie odbywa się na gradiencie, światło musi być skupione na dość małym obszarze (4-9 mm2) podczas przechodzenia przez filtr kołowy (ta pozycja jest również dobra do tworzenia przegród przy użyciu małej przysłony, która przechodzi tylko przez skupione światło).- Użyj mechanicznej migawki lub po prostu filtra blokującego i uchwytu, aby zablokować bodziec między próbami (patrz f z Rysunek 5).
- Dodaj następną soczewkę do systemu, soczewkę kolimacyjną (patrz g z Rysunek 5), umieszczoną w taki sposób, aby światło rozszerzało się, aby dopasować się do średnicy każdej litery apertury (10,16 cm), w pełni oświetlając optotyp (7,62 cm).
- Skonstruuj otwory na litery lub kup je jako metalowe szablony: P, L, D, U, Z, E, T i F (patrz h z Rysunek 5). Umieść otwory na litery w okrągłym rotatorze (aby umożliwić łatwą zmianę liter) ze sprężynowymi zakładkami i wgłębieniami, aby zablokować każdą literę na miejscu, aby podczas eksperymentu nie było ruchu koła.
UWAGA: Otwory na litery miały wymiary około 15 mm x 6 mm x 25 mm (~0,17°) i zostały wybrane, ponieważ są to klasyczne optotypy Sloan i są mniej więcej tej samej wielkości. W tym systemie luminancja mierzona na aperturze literowej wynosiła 4000 luksów; 40 luksów przy pomiarze w płaszczyźnie oka. - Następnie zablokuj system w taki sposób, aby osoby widziały tylko podświetlane od tyłu otwory na litery (np. intensywne światło wychodzące z litery "E"). Na przykład, umieść optykę systemu w jednym pomieszczeniu, a obiekt w sąsiednim pokoju. Umieść otwór w drzwiach przylegających do pomieszczeń i ustaw go tak, aby badani nie widzieli eksperymentatora ani rozproszonego światła. Jeśli uczestnik nie jest w stanie usłyszeć instrukcji eksperymentatora, dodaj system interkomowy.
- Aby upewnić się, że pozycja oka względem układu wzrokowego jest dość precyzyjna, stwórz jakąś formę zespołu podpórki pod głowę i podbródek - użyj gumowej muszli ocznej zamontowanej na czarnej rurce (obie zamontowane na ruchomym wózku). Jak wykonano w tym protokole, dodaj mocowanie za tubusem, aby umożliwić użycie soczewek próbnych w celu skorygowania wady refrakcji przy użyciu standardowych soczewek (tj. bez barwienia).
UWAGA: Użycie soczewek próbnych pozwoli również na użycie szklanego "ślepego miejsca", aby upewnić się, że efekty optyczne tych, którzy nie wymagali korekcji refrakcji, odpowiadają tym, którzy wymagali refrakcyjnej optyki korekcyjnej (patrz i z Rysunek 5).- Dodatkowo upewnij się, że stacja podglądu jest zabezpieczona tak, aby nie przemieszczała się między obiektami. Użyj poziomicy laserowej, aby zapewnić wyrównanie okularu z optyką (7 m od płaszczyzny oka).
2. Pomiar ostrości rozpoznawania olśnienia
UWAGA: Na początku sesji eksperymentalnej potwierdza się, że wszystkie elementy optyczne w systemie są wyrównane, natężenie światła (bez tłumienia) jest prawidłowe, a oko badanego jest we właściwej pozycji. Zadanie jest następnie wyjaśniane podmiotowi (identyfikacja literowa), a bodźce są prezentowane w losowej kolejności na różnych poziomach intensywności. Celem jest znalezienie najwyższego natężenia, przy którym badany może nadal poprawnie identyfikować poszczególne litery (z rzeczywistym progiem zdefiniowanym probabilistycznie przy 75% poprawnym wykrywaniu, 6 poprawnych na 8).
- Użyj metody granic (aby zbliżyć się do progu), a następnie stałych bodźców, aby uzyskać precyzyjną wartość progu ostrości rozpoznawania olśnienia badanego.
UWAGA: Dostępne są dokładniejsze metody psychofizyczne (detekcja sygnału, wymuszony wybór), ale ta metoda została użyta w oparciu o liczbę pomiarów i ograniczenia czasowe. - Użyj generatora losowych liter, aby uporządkować litery na kole w unikalną, losową kolejność. Użyj liter dla otworów, które są powszechnie spotykane w innych zadaniach rozpoznawania (np. wykres Snellena, litery Sloana).
UWAGA: Literami używanymi w obecnej metodzie były P, L, D, U, Z, E, T i F. - Przed rozpoczęciem protokołu wyjaśnij charakter zadania eksperymentalnego, pokazując badanemu bodźce ponadprogowe. Upewnij się, że osoba badana jest świadoma, że zadanie jest dość proste: czy list może być widoczny, czy nie? Przeprowadź wystarczającą liczbę prób, aby wygenerować funkcję psychometryczną, która pozwoli na wyprowadzenie dokładnego progu probabilistycznego.
3. Budowa urządzenia halometrycznego
- Wykonaj te same kroki 1.1-1.2 podczas ustawiania tabeli optyki dla tych środków. Upewnij się, że światło ze źródła oświetla tylną część osłony świetlnej na wystarczającej przestrzeni (13-14 cm), aby umożliwić separację dwóch punktów.
- Zainstaluj osłonę światła i upewnij się, że służy ona jako przegroda, blokując większość światła pochodzącego ze źródła światła, tak aby obiekt widział tylko światło wychodzące z apertury i zawierał mały (~ 4 mm) otwór na pomiary halo/szprychy. Z tyłu osłony świetlnej należy umieścić mikrometr cyfrowy, który będzie służył do pomiaru fizycznej separacji dwóch punktów świetlnych.
UWAGA: Przysłona musi być wytworzona przez dwa przylegające do siebie i ruchome otwory (2 mm każdy), a osłona musi zawierać składaną przegrodę, tak aby w miarę rozsuwania otworów przegroda zasłaniała światło przechodzące między nimi. - Aby zachować spójność z tym protokołem, należy upewnić się, że strumień świetlny mierzony na osłonie świetlnej wynosi 10 cd/m2.
- Zgodnie ze schematem (Rysunek 2)13, umieść suwmiarki centrujące w przestrzeni między osłoną świetlną a ustabilizowaną pozycją głowy badanego (prosty podbródek i podpórka pod czoło). Upewnij się, że szczęki zacisku są wyrównane z otworem 4 mm i ~13-14 cm wysokości.
UWAGA: Pomocne jest umieszczenie materiału odblaskowego po stronie obiektu, aby był wyraźnie widoczny. Szczęki poruszają się równomiernie od środka, a ich położenie jest wskazywane przez skalę noniusza. - Aby zachować spójność z konfiguracją używaną w tym protokole, sprawdź, czy osłona światła znajduje się w odległości ~100 cm, a suwmiarki znajdują się w odległości ~60 cm od płaszczyzny oka badanego.
- Podczas wykonywania pomiarów dwupunktowych należy używać obiektywu o długiej ogniskowej. Określ dokładne umiejscowienie tej końcowej soczewki na podstawie ogniskowej i odległości od osłony świetlnej oraz płaszczyzny oka fotografowanej osoby. Zdejmij ten obiektyw podczas wykonywania pomiarów halo/szprych.
UWAGA: W tej konfiguracji zastosowano achromatyczną soczewkę płasko-wypukłą o średnicy 200 mm w odległości 18 cm od płaszczyzny oka (umieszcza to oko w promieniu skupiającym, ale nie w płaszczyźnie ostrości, oko znajduje się przed końcowym punktem ogniskowym). Jest to stosowane, ponieważ osoby o bardzo dobrej ostrości i niskim rozproszeniu często mogą zobaczyć dwa przylegające do siebie małe punkty światła, nawet jeśli są bardzo blisko. Soczewka skupiająca spowoduje, że punkty będą się nakładać na siebie i powiększy odległość niezbędną do rozróżnienia dwóch punktów. - Użyj białego wzorca odbicia umieszczonego na oku i teleskopowego radiometru spektralnego do pomiaru spektralnego strumienia świetlnego, zarówno radiometrycznie, jak i fotometrycznie, aby upewnić się, że widmo widzialne ma pożądane cechy (w tym przypadku symulowane światło słoneczne, Rysunek 2). Aby częściej monitorować wyjściową energię za pomocą bardzo czułego detektora, użyj zwykłego radiometru z głowicą foto-głowicą na bazie krzemu.
UWAGA: Takie urządzenia do pomiaru strumienia świetlnego dadzą zarówno widmowy kształt krzywej, jak i wartości fotometryczne (mierzone w tej samej pozycji przy samym oku).
4. Geometria olśnienia
UWAGA: Przed testami, badani otrzymali przykłady wyglądu halo i gwiazd w naturalnych scenach (zobacz Rysunek 3).
- Gdy obiekt jest już wyrównany, poruszaj szczękami suwmiarki, aż znajdzie się on wokół halo, a następnie do momentu, gdy znajdzie się na zewnętrznym obwodzie gwiazd lub szprych. Uzyskaj próg, uśredniając rozpiętość z obu kierunków (od wewnątrz do zewnątrz i od do wewnątrz).
- Rozpoczynając pomiary dwupunktowe, należy upewnić się, że maksymalna odległość dwóch otworów o średnicy 2 mm będzie widoczna; zwróć uwagę, że bodziec pojawi się jako pojedynczy, jasny punkt światła. Powoli odsuń obie przysłony, określając ilościowo odległość za pomocą skierowanego do tyłu mikrometru cyfrowego, wyśrodkowanego na przysłonach. Z "punktu zerowego" (przylegające do siebie otwory) poproś badane, aby wskazały, kiedy rozproszenie z każdego punktu świetlnego nie nakłada się na siebie (zwykle dobrze sprawdza się tutaj jeden kierunek).
- Ponieważ można napotkać pewien błąd, jeśli obiekt zostanie nieprawidłowo ustawiony w systemie, użyj kamery o małej średnicy (z podczerwienią), aby upewnić się, że oko zawsze pozostaje we właściwej pozycji.
Wyniki
W celu pomiaru ostrości widzenia w warunkach olśnienia przebadano 20 młodych osób (średni wiek = 19 lat, odchylenie standardowe (SD) = 1 rok) z dobrą ostrością wzroku. Wyniki przedstawione na Ryc. 6 wskazują na zmienność liczby odczytanych liter przy jednym, stosunkowo wysokim poziomie natężenia światła. Innym podejściem do analizy danych byłoby wykorzystanie poprawnych identyfikacji do wygenerowania funkcji psychometrycznej z progiem zdefiniowanym jako 6 poprawnych identyfikacji na 8 (energia przy 75% poprawnych identyfikacji). Jak pokazano na Ryc. 6, występuje znaczna zmienność nawet w przypadku badania zdrowych, młodych osób.
Dane z pomiarów halo i promieni przedstawiono na Rysunku 7A,B; pochodzą one od innej grupy 23 młodych badanych (średni wiek = 20 lat, SD = 4 lata). Obie grupy zostały zrekrutowane spośród studentów University of Georgia. Wszyscy ci badani mieli dobrą ostrość wzroku (20/20) i/lub stosowali korygujące przezroczyste soczewki kontaktowe. Zmierzono również minimalną odległość (mm) wymaganą do rozróżnienia dwóch punktów światła jako odrębnych (tutaj progi dwupunktowe). Dane te przedstawiono na Rysunku 8.
Jak pokazano na Rysunku 6, Rysunku 7 i Rysunku 8, pomimo tak jednorodnej próby (składającej się z relatywnie młodych, zdrowych obserwatorów z dobrą ostrością wzroku), odnotowano szeroką zmienność w behawioralnych pomiarach rozproszenia. Sugeruje to, że standardowe kliniczne miary funkcji wzrokowej (np. ostrość wzroku) nie pozwalają na ilościowe określenie wielu atrybutów wizualnych, które prawdopodobnie wpływają na wydajność widzenia w warunkach rzeczywistych.
Rysunek 1: Dwa scenariusze jazdy nocnej. (A) Minimalne rozproszenie wewnątrzgałkowe światła reflektorów samochodu; pieszy na drodze jest wyraźnie widoczny. (B) Wysokie rozproszenie wewnątrzgałkowe światła reflektorów samochodu, zasłaniające pieszego na drodze. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.
Rycina 2: Wykres przedstawiający rozkład widmowy światła słonecznego w południe (czerwony), źródła światła w postaci lampy ksenonowej (czarny) oraz źródła białej diody LED o wysokiej jasności (niebieski). Skrót: LED = dioda emitująca światło. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.
Rysunek 3: Przykłady objawów PDP: promienie (skrajnie po lewej), halo (po lewej), efekt rozbłysku (po prawej) oraz rozproszenie światła dwupunktowe (skrajnie po prawej). Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.
Rycina 4: Semantyczna reprezentacja funkcji rozmycia punktu i wizualna ilustracja świateł przednich samochodu. Energia względna na osi y i kąt widzenia na osi x; wizualna ilustracja pokazująca, że odległość między dwoma jasnymi punktami świetlnymi (światłami przednimi) jest miarą behawioralną szerokości tej funkcji. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.
Rysunek 5: Schemat koncepcyjny systemu pomiaru ostrości wzroku w warunkach olśnienia. Komponenty obejmują (a) ksenonowe źródło światła, (b) soczewkę kolimującą, (c) kąpiel wodną, (d) soczewkę skupiającą, (e) filtr okrągły (filtr neutralnej gęstości 100 mm), (f) uchwyt filtra, (g) soczewkę, (h) otwory w kształcie liter w okrągłym kole obrotowym, (i) korekcję refrakcji (soczewki próbne), (j) cyfrowy odczyt potencjometru filtra okrągłego. Skróty: CL = soczewka kolimująca; FL = soczewka skupiająca; L = soczewka; TL = soczewki próbne. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.
Rycina 6: Wykres słupkowy przedstawiający liczbę liter, które każdy badany był w stanie zidentyfikować, gdy luminancja bodźca była utrzymana na stałym, wysokim poziomie (energia absolutna, 16 392 cd/m2). Proszę kliknąć tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.
Rysunek 7: Wykres słupkowy przedstawiający różnice indywidualne w próbie 23 młodych, zdrowych obserwatorów. (A) Wykres różnic indywidualnych w średnicy halo. (B) Wykres różnic indywidualnych w średnicy starburst. Proszę kliknąć tutaj, aby zobaczyć powiększoną wersję tego rysunku.
Rycina 8: Wykres słupkowy przedstawiający minimalną odległość, przy której dwa małe punkty światła nie nakładały się na siebie (progi dwupunktowe). Proszę kliknąć tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.
Dyskusja
Wizualne konsekwencje rozpraszania wewnątrzgałkowego są często oceniane jako odblasko, niepełnosprawność i dyskomfort17,18. Metody te koncentrują się bezpośrednio na dysfunkcji i lekkim bólu, który towarzyszy intensywnemu światłu, ale nie na tym, jak upośledza widzenie. Pytanie "jak" jest jednak również ważne, ponieważ rozproszenie wewnątrzgałkowe wpływa na widzenie nie tylko wtedy, gdy jest intensywne. Nawet obraz wizualny o niskiej intensywności (np. obiekty o niskiej luminancji, niskim kontraście) może zostać zdegradowany przez rozproszenie światła. Podstawowa optyka15 może być opisana przez współczynnik Strehla, funkcję rozproszenia punktowego lub wskaźnik dyfuzji (w dużej mierze niezależny od luminancji). Inna metoda, skuteczna nawet przy niższej luminancji (10 cd/m2 w tym układzie), polega na pomiarze separacji dwóch punktowych źródeł światła. Osoby z szerszą funkcją rozproszenia punktów będą wymagały większej separacji, zanim dwa małe punkty światła będą się wydawały odrębne. Metoda kryterium Rayleigha służąca do ilościowego określania rozproszenia dwóch małych punktowych źródeł światła ma długą historię19. W omawianym przypadku metoda ta została zaadaptowana w celu zwiększenia jej przydatności ekologicznej (np. poprzez użycie białego ksenonu, który symulował światło słoneczne w południe).
Rysunek 5 przedstawia rysunek koncepcyjny systemu ostrości olśnienia. Zasadniczo zaczyna się od jasnego białego źródła światła, które symuluje światło słoneczne (żarówki ksenonowe są zazwyczaj dobrym wyborem, 1000 watów zapewnia wystarczającą intensywność). Światło ze źródła jest schładzane kąpielą wodną (przezroczystą dla światła widzialnego), a następnie manipulowane przez szereg soczewek, które przenoszą światło w skupionych i skolimowanych wiązkach. Okrągły filtr o neutralnej gęstości tłumi światło, które jest następnie przepuszczane przez otwory w kształcie liter. Badany siedzi w ustalonej odległości od izolowanego bodźca (~7 m) i ogląda bodziec jednym okiem na raz (pozycja oka ustalona przez muszlę oczną). To, co widzi podmiot, to seria liter, które same w sobie są źródłem blasku. Gdy światło jest zbyt intensywne dla danego obiektu, konsekwentna prawidłowa identyfikacja nie jest możliwa. Progi ostrości olśnienia można określić za pomocą dowolnej liczby klasycznych technik psychofizycznych.
Podstawowa konstrukcja halometru jest podobna do opisanego powyżej urządzenia do pomiaru ostrości olśnienia i może wykorzystywać to samo źródło światła (intensywną ksenon) i stół optyczny13. Dwa elementy, które się różnią, to wprowadzenie lekkiej osłony, która zawiera małe ruchome otwory i precyzyjne suwmiarki centrujące. Otwór w osłonie świetlnej ma średnicę 4 mm i jest podświetlany przez źródło światła. Światło o szerokim paśmie przechodzące przez ten mały otwór tworzy jasne źródło punktowe, które się rozprzestrzenia (wzór określony przez charakterystykę optyczną obserwatora, więc dla niektórych mówi więcej, inni mają bardziej rozproszone halo), a suwmiarki są używane do pomiaru tej geometrii. Otwór o średnicy 4 mm w osłonie świetlnej można podzielić na dwie mniejsze apertury (po 2 mm każdy), które można powoli rozsuwać, aż rozpiętość każdego z nich nie będzie się nakładać. Odległość ta (śledzona przez mikrometr na osłonie świetlnej) jest używana jako behawioralnie wyprowadzona funkcja rozrzutu punktów (progi dwupunktowe).
Średnice halo (rozproszonego światła wokół źródła punktowego) i gwiazdotwórczego (koncentryczne promienie promieniujące na zewnątrz od źródła punktowego) zostały wyznaczone za pomocą metody granic (w trybie rosnącym i opadającym). Badacz poruszał szczękami suwmiarki (na zewnątrz od środka), aż badany wskazał, że prowadnice po prostu otaczają aureolę lub gwiazdotwór. Podczas wykonywania pomiarów dwupunktowych, dwie maleńkie przylegające do siebie otwory są powoli oddalane od siebie (w poziomie), a badani wskazują, kiedy rozproszenie z każdego punktu świetlnego nie nakłada się na siebie (np. gdy po raz pierwszy dostrzegają małą czarną przestrzeń między dwoma punktami). Schemat techniczny systemu został opisany przez Hammonda i wsp.13.
Pomiar sposobu, w jaki światło rozprasza się, instruuje o naturze (i korekcji) problemu. Starbursty (szprychy obwodowe), aureole oraz niepełnosprawność i dyskomfort związany z odblaskami mają indywidualne cechy. Kiedy oko jest zagrożone przez starzenie się, chorobę9 lub operację8, te zjawiska optyczne również zmieniają się w wyraźny sposób. Na przykład aureole są często postrzegane jako względnie jednorodna zasłona, podczas gdy rozbłyski gwiazd zwykle nie są jednorodne i rozciągają się na peryferia. Wzorzec ten jest wyraźnie zademonstrowany przez Hammonda i wsp.13.
Te różne wzorce implikują potrzebę różnych rodzajów korekty7. Na przykład wykazano, że pigmenty plamki żółtej (żółte pigmenty skoncentrowane w plamce żółtej) są przydatne do korygowania odblasków centralnych (zasłony świetlnej na linii wzroku)20. Ponieważ jednak pigmenty te znajdują się tylko w dołku siatkówki i wokół niego, nie wpływają na rozpraszanie światła poza tym obszarem21. W tym celu pożądane jest filtrowanie w bardziej przedniej części oka, na przykład przy użyciu przyciemnianych okularów22, soczewek kontaktowych13 lub implantów wewnątrzgałkowych23. Przy założeniu, że wszystkie czynniki są równe, osoby o optymalnej ostrości olśnienia mogą rozróżniać litery ze znacznie większą intensywnością niż osoby o słabej ostrości odblasku.
Wcześniejsze badania wykazały również, że pomiary rozproszenia światła nie korelują dobrze z częściej mierzonymi wskaźnikami, takimi jak ostrość wzroku4. To zmotywowało do opracowania metody rozpraszania światła, która była bezpośrednio połączona z ocenami ostrości (analogicznie do wykresu Snellena). Poprzednie metody opierały się na wykrywaniu lub rozwiązywaniu (np. widzenie pojedynczych prętów w siatkach o różnej częstotliwości), a nie na rozpoznawaniu. Jednak ostrość rozpoznawania, podobnie jak inne formy, zależy od kontrastu między dwoma elementami obrazu. Rozproszenie światła może zdegradować tę różnicę i było zależną miarą w obecnych ocenach ostrości olśnienia. Jak pokazują wyniki empiryczne tej młodej, w dużej mierze jednorodnej próby, w której wszystkie czynniki są równe, istnieją duże indywidualne różnice w tym, jak rozpraszanie światła wpływa na funkcje wizualne w warunkach rzeczywistych.
Oświadczenia
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Podziękowania
Autorzy chcieliby podziękować dr Sarah Saint za pomoc w zbieraniu danych z halometru.
Materiały
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Ostrość rozpoznawania odblasków: < / silny> * Wskazuje ręcznie robiony sprzęt | |||
| 100 mm Okrągły filtr o neutralnej gęstości | Edmund's Optical | Stock #54-082 | |
| Żarówka ksenonowej lampy łukowej 1000 W) | Newport | Model 6271 | |
| Stół optyczny do płytek stykowych | Newport | Model IG-36-2 | |
| * podpórka pod podbródek montaż | |||
| *Okrągły rotator i otwory na litery | Otwory na litery mogą być konstruowane lub kupowane jako szablony metalowe | ||
| *Potencjometr cyfrowy i odczyt | To po prostu zapewnia nominalny odczyt położenia klina kołowego (zasadniczo woltomierza podłączonego do potencjometru) | ||
| Plano-wypukłe soczewki achromatyczne | optyczny Edmunda | KPX187-C | 100 mm EFL, powłoka antyrefleksyjna w zakresie widzialnym, średnica 50,8 mm (montaż jest również dostępny u tego dostawcy) |
| Radiometr | Graseby Optronics United Detection Technology (UDT) | Model S370 | |
| Obudowa i zasilacz lampy łukowej | Newport | Model 66926 | |
| Radiometr spektralny | PhotoResearch Inc | PR650 | |
| Soczewki próbne | Premier Usługi okulistyczne | SKU: RE-15015 | |
| * Łaźnia | Dwa płaskie pola optyczne otaczające cylindryczną rurkę wypełnioną wodą zawierającą niewielką ilość formaliny | ||
| < strong >Halometr: < / strong> * Wskazuje ręcznie robiony sprzęt | |||
| Lampa ksenonowa łukowa o mocy 1000 W | Tak samo jak powyżej | ||
| Zasilanie lampy łukowej | samo jak powyżej | ||
| Tabela optyki płytki stykowej | Tak samo jak powyżej | ||
| *Suwmiarki | |||
| i czoło | |||
| Mikrometr cyfrowy | Szeroko dostępny | ||
| *Osłona | Musi być w stanie służyć jako przegroda, wyposażona w składaną przegrodę, wyposażona w dwa ruchome otwory (każdy 2 mm) | ||
| Plano-wypukła soczewka achromatyczna | Optyczna | 200 mm Efektywna ogniskowa |
Bibliografia
- Sun, D., El-Basyouny, K., Kwon, T. J. Sun glare: network characterization and safety effects. Transportation Research Record. 2672 (16), 79-92 (2018).
- vanden Berg, T. J., et al. Straylight effects with aging and lens extraction. American Journal of Ophthalmology. 144 (3), 358-363 (2007).
- Kimlin, J. A., Black, A. A., Wood, J. M. Older drivers' self-reported vision-related night-driving difficulties and night-driving performance. Acta Ophthalmologica. 98 (4), 513-519 (2020).
- vanden Berg, T. J. The (lack of) relation between straylight and visual acuity. Two domains of the point-spread-function. Ophthalmic and Physiological Optics. 37 (3), 333-341 (2017).
- Vos, J. J. On the cause of disability glare and its dependence on glare angle, age and ocular pigmentation. Clinical and Experimental Optometry. 86 (6), 363-370 (2003).
- Diep, M., Davey, P. G. Glare and ocular diseases. Causes and Coping with Visual Impairment and Blindness. Rumelt, S. , IntechOpen. (2018).
- Coppens, J. E., Franssen, L., vanden Berg, T. J. Wavelength dependence of intraocular straylight. Experimental Eye Research. 82 (4), 688-692 (2006).
- Shah, M., Larson, B. Starburst phenomenon in wavefront-guided LASIK compared with conventional LASIK. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 46 (13), 4366(2005).
- Babizhayev, M. A., Minasyan, H., Richer, S. P. Cataract halos: a driving hazard in aging populations. Implication of the Halometer DG test for assessment of intraocular light scatter. Applied Ergonomics. 40 (3), 545-553 (2009).
- Buckhurst, P. J., et al. Tablet app halometer for the assessment of dysphotopsia. Journal of Cataract & Refractive Surgery. 41 (11), 2424-2429 (2015).
- Buckhurst, P. J., et al. Assessment of dysphotopsia in pseudophakic subjects with multifocal intraocular lenses. BMJ Open Ophthalmology. 1 (1), (2017).
- Sayre, R. M., Cole, C., Billhimer, W., Stanfield, J., Ley, R. D. Spectral comparison of solar simulators and sunlight. Photodermatology, Photoimmunology & Photomedicine. 7 (4), 159-165 (1990).
- Hammond, B. R. Jr, et al. The effects of light scatter when using a photochromic vs. non-photochromic contact lens. Journal of Optometry. 13 (4), 227-234 (2020).
- Xu, R., et al. Psychophysical study of the optical origin of starbursts. Journal of the Optical Society of America. A. Optics, Image Science, and Vision. 36 (4), 97-102 (2019).
- Westheimer, G., Liang, J. Influence of ocular light scatter on the eye's optical performance. Journal of the Optical Society of America. A. Optics, Image Science, and Vision. 12 (7), 1417-1424 (1995).
- vanden Berg, T. J., Hagenouw, M. P., Coppens, J. E. The ciliary corona: physical model and simulation of the fine needles radiating from point light sources. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 46 (7), 2627-2632 (2005).
- Aslam, T. M., Haider, D., Murray, I. J. Principles of disability glare measurement: an ophthalmological perspective. Acta Ophthalmologica Scandinavica. 85 (4), 354-360 (2007).
- Pierson, C., Wienold, J., Bodart, M. Review of factors influencing discomfort glare perception from daylight. Leukos. 14 (3), 111-148 (2018).
- Grimes, D. N., Thompson, B. J. Two-point resolution with partially coherent light. Journal of the Optical Society of America. 57 (11), 1330-1334 (1967).
- Hammond, B. R., Fletcher, L. M., Elliott, J. G. Glare disability, photostress recovery, and chromatic contrast: relation to macular pigment and serum lutein and zeaxanthin. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 54 (1), 476-481 (2013).
- Hammond, B. R., Sreenivasan, V., Suryakumar, R. The effects of blue light-filtering intraocular lenses on the protection and function of the visual system. Clinical Ophthalmology. 13, 2427-2438 (2019).
- Hammond, B. R. Attenuating photostress and glare disability in pseudophakic patients through the addition of a short-wave absorbing filter. Journal of Ophthalmology. 2015, 607635(2015).
- Hammond, B., Renzi, L. M., Sachak, S., Brint, S. Contralateral comparison of blue-filtering and non-blue-filtering intraocular lenses: glare disability, heterochromatic contrast, and photostress recovery. Clinical Ophthalmology. 4, 1465-1473 (2010).
Przedruki i uprawnienia
