Summary
אנו מציגים שיטה יעילה של הלומדים עדשה לינה באמצעות אלונקה עדשה ידנית. פרוטוקול מחקה לינה פיזיולוגיים על ידי משיכת את zonules מחובר סביב הקפסולה העדשה, ובכך, מותח את העדשה.
Abstract
המטרה של פרוטוקול זה היא לחקות את ביומכניקה של לינה פיזיולוגיים באופן יעיל, מעשי. לינה מושגת דרך ההתכווצות של הגוף ריסי והרפיה של סיבי zonule, שתוצאתה התקרשות של העדשה הדרושות ליד חזון. כאן, נציג של הרומן, שיטה פשוטה שבה לינה המשוכפלים באמצעות מקשיח את zonules מחובר הקפסולה העדשה באמצעות אלונקה מדריך עדשה (MLS). שיטה זו מנטרת מושגת על ידי עדשה כאשר נתון עקבי כוח מתיחה רדיאלי ומאפשר השוואה של התאמת עדשות, אשר יכול להיות מתוח, כדי שאינו אדיב עדשות, אשר לא ניתן למתוח. חשוב מכך, האלונקה זוגות את zonules ישירות, ולא את sclera של העין, וכך רק מצריכים את העדשה, zonules, ועל גוף ריסי ולא המדגם בכל כדור הארץ. הפרש זה יכול להפחית באופן משמעותי את העלות של רכישת עדשות גווייה התורמים מאת על 62% לעומת רכישת של כל העולם.
Introduction
לינה היא התהליך שבו העין האנושית הוא מסוגל באופן דינמי להתאים את צורת העדשה הגבישי שלה כדי לראות אובייקטים במרחקים רחוק או קרוב בפוקוס חדה. לינה היא תהליך מהותי ביו-מכני. על גירוי העצבים, השרירים ciliary לייצר כוח על גוף ריסי וכדי את הסיבים zonule לצרף ההיקף של עדשה כמוסה1,2. בעוד ישנן תיאוריות שונות מאחורי ביומכניקה של מקומות לינה, הכי נפוצה ומקובלת היא ההשערה הלמהולץ. על-פי ההשערה, העדשה היא במצב מתוח טבעי, התואם לצורה הדק של העדשה אשר אופטימאלית המוקד של עצמים רחוקים. כדי לשנות את המיקוד על עצמים קרובים יותר, ciliary השרירים מתכווצים, הסיבים zonular רגועות. בתורו, העדשה מסתבכת, הגדלת את עקמומיות משטח anterior ואת אחורי. זה תואם עלייה במחירי החשמל dioptric אשר יש צורך ליד חזון, לכן, אורך מוקד קצר יותר1.
היכולת להכיל בסכנה לאורך זמן באמצעות תנאי בשם זוקן ראייה. זוקן ראייה להשפיע על כולם בגיל 50, גורם לעין אפשרות לשנות באופן דינאמי את המוקד מן רחוק כדי לסגור את המרחקים3. כדי להילחם זוקן ראייה, שיטות הנוכחי הן סבילות כולל עדשות מתקנות, משקפיים. תוך הגדלת היכולת להתמקד באובייקטים קרובים-כמה מטוסים, טיפולים פאסיביים כאלה לא יכול לשחזר את היכולת מיקוד דינמי של עדשה4,5. על מנת לטפל ביעילות זוקן ראייה, או אולי למנוע את זה, אין צורך מתמשך להבין טוב יותר את לינה.
ללמוד עדשה לינה, פותחו מספר התקנים כדי לדמות את התופעה שמחוץ4,6,7,8,9. ספינינג דיסקים הוכנסו הראשון כדי לפקח על מתיחה של העדשה באמצעות כוחות צנטריפוגלי8. כדי להעתיק במדויק יותר את התופעה, עדשה מתיחה היו בהדרגה הציג והתקנים מומצאים. משתמש עם עדשה אלונקה, מנס ואח. אפיינו את הכוח הנדרש כדי להכיל את העדשה תוך מתאם כזה כוח העדשה, קוטר המשוונית9. ההבנה הנוכחית היא כי העדשה נעמד לו עם הגיל, וכתוצאה מכך שינוי מופחתת במצב עדשה בתגובה כוח שווה גוף ריסי3,10,11,12.
אלונקות עדשה הנוכחי לעתים קרובות כרוך תהליך מורכב, יישום אלקטרוניקה ושיעורי מתיחות לתכנות, ודורש כל גופה גלגל העין6,7,10,13. דרישה זו מגבירה את העלות לכל ניסוי כדי מעל $500.00 לכל עין ומקטינות מדגם זמינות. כאן אנו מציגים שיטה כדי לשכפל את העדשה לינה במחיר נמוך ככל שהעין האחורי סיכומים בסביבות $200.00. זמן פחות מתוחכמים יותר התקנים רבים בשימוש כיום, השיטה היא הרבה יותר חסכוני וגם לאימוץ מבלי להתפשר על תוצאות. שיטה זו גולת הכותרת אלונקה מדריך עדשה (MLS) מתואר באיור1, ומשתמש clamping מערכת ייחודי על הסיבים zonular, שיטה ומפותלים רדיאלי כדי להרחיב את קוטר העדשה. דיוק פיזיולוגיים של הפרוטוקול תאומת על-ידי הממצאים של ברנל ואח., מי למד השביל שבו הסיבים zonular anterior ואת אחורי מחובר עדשה כמוסה14. באמצעות עיצוב נעליים מותאמות אישית אשר דורשים רק את העדשה zonule, גוף ריסי, כיוונו ללמוד עדשה ביומכניקה על-ידי שכפול לינה פיזיולוגיים.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
הפרוטוקולים הבאים יתקבלו תחת של אוניברסיטת מרילנד אכפת חיה מוסדיים שימוש הוועדה וכן את הועד המוסדי. הפרוטוקולים בצע סטנדרטים הפדרלי, המדינה והמקומיים ולאחר ההנחיות שנקבעו על ידי המדיניות באוניברסיטת מרילנד על אבטחה.
1. ניתוח העין מדגם
-
להשיג דוגמה העין של הבנק המקומי בית מטבחיים או רקמות. אם מתקבל של הגלובוס כולו עיניים, מיד לחלץ את העדשה zonules צמוד, הזגוגיות.
הערה: הפרטים הספציפיים המתוארים להלן מתייחסים העיניים חזירי והן האנושית.- באמצעות מספריים כירורגיים מחוטא ומלקחיים, לחתוך ולהסיר את כל עודפי למגר את sclera.
- להחזיק את העין בצד שלה וביציבות, באמצעות סכין גילוח, עושים חתך קטן לאורך הצד של העין 3 מ מ בלבד הקרנית. להפוך את העמוקה לחתוך מספיק כדי הגיעו את הזגוגיות בתוך העין.
- בעזרת מספריים, לחתוך בזהירות לאורך החתך סביב ההיקף של העין. הימנע ניקב את העדשה. תמונת הנציגה מוצג באיור 2א.
- לאחר כבר לחתוך את ההיקף החיצוני של העין, להסיר את הרקמה האחורי של העין באמצעות מלקחיים. לבודד את העדשה, zonules, גוף ריסי, את הזגוגיות המצורפת עם מלקחיים. תמונת הנציגה מוצג באיור 2B.
- באמצעות מספריים מלקחיים, להסיר את עודף הזגוגיות ולכן העדשה יכולה להשתטח על ה-MLS.
הערה: במקרים של הקרנית להשתלה, לחצן הקרנית משמש בניתוח, שאר העולם זמינה למטרות מחקר. עם זאת, ניתן להשתמש חלקי העולם הזה עדיין בהכנת רקמות של ההתקנה האלונקה עדשה. אם רק האחורי מתקבל, לבצע רק שלב 1.1.4–1.1.5.
- לחטא את כל ציוד משומש לנתיחה שלאחר בפתרון אקונומיקה 15% למשך 30 דקות.
2. ניסיון הרכבה של האלונקה מדריך עדשה
- הכנס תחתית הנעל 10 מ מ, והחלק העליון נעל המתאימה לתוך צלחת התחתון של ה-MLS אז נותר פער של 5 מ מ בין הקיר האחורי של כניסת נעל את הנעל עצמה.
- יישר את לוחות עליונים ותחתונים, הצמדת הלוחות יחד; המכשיר נמצא כעת במצב unstretched.
- הכנס את הצלחות לתוך המארז צלחת וכל הבורג בסימפטומים ולא במחלה עצמה לתוך החור ממוקם לצד צלחת התחתון.
- להכניס את המקרה צלחת הבסיס, למקם את הברגים כניסות מיושר.
- סובב את מפתח הברגים עם כיוון השעון עד שהוא מגיע הבורג לעצור כדי לכווץ את הנעליים, ולסובב בחזרה נגד כיוון השעון כדי להחזיר את הנעליים unstretched למיקום המקורי.
3. הרכבה של העדשה
- הכנס את תחתית הנעל 10 מ מ לתוך צלחת התחתון של ה-MLS כך 5 מ מ הפער בין שרידים של הקיר האחורי של כניסת הנעל, הנעל עצמה.
- בעזרת מלקחיים מעוקל, המקום את פני העדשה שחולצו למעלה על אמצע צלחת התחתון כך הנעליים תומכים העדשה מעל החור המרכזי.
- הצמד העליון המקביל של הנעליים למקומו, מסיכה רק את zonules, את הזגוגיות. מבחינה ויזואלית להבטיח העדשה כפי ממורכז ככל האפשר על צלחת התחתון.
- חזור על שלבים 2.3 – 2.4.
4. מדידה של העדשה
- להציב מערכת הדמיה ישירות מעל המנגנון כדי ללכוד סרטי הווידאו והתמונות של תהליך מתיחה. הקפד לכלול סרגל מסגרת של תמונה תמונות במדויק הגודל של סולם בעיבוד שלאחר.
הערה: כל מערכת הדמיה מתאימים מספיקה בשלב זה; כאן אנו משתמשים של 12 מגה פיקסל, החכם autofocusing שותק רגל אחת מדגם. - בחוזקה אך בצורה חלקה, סובב את מפתח הברגים כיוון השעון כדי למתוח את העדשה. איור 3 מראה להחליפן בתמונות-המדינה unstretched ומתח.
- לאחר לצלם את העדשה נמתח, לסובב את. מפתח הברגים בכיוון השעון כדי לשחזר את המדגם למצבו מנוחתו.
הערה: זה הכרחי כי המדד של העדשה מבוצעת מבעוד כדי למזער את התייבשות של העדשה. - ברור לצלם המדינה מנוחתו הסופי של העדשה.
5. ניתוח נתונים
- להעלות את התמונה ImageJ, להשתמש בתכונה "נקודת" כדי לבחור לפחות 40 נקודות סביב ההיקף של העדשה כפי שמוצג באיור 4א. להשתמש באפשרות "למדוד" 'נתח' ← להניב את המיקום של כל נקודה שנבחרה.
- מתאים (באמצעות תוכנה כגון MATLAB) את מיקום הנקודות על-מנת לתת מתפלג של התאים כפי שמוצג באיור 4Bבעלת רדיוס. להמיר את רדיוס הפיקסל, שגיאה מדדים באמצעות הסרגל המצולם.
- לבצע שני זנב למבחן t להשוואת של העדשה בודדים לפני ואחרי מתיחה של ה-MLS.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
העיניים חזירי, מדגם נפוצות ללמוד זוקן ראייה דרך העדשה מתיחה4,15, התקבלו, (n = 10) בית מטבחיים מקומיים, פרוטוקול זה שימש כדי לבחון את היכולת לינה של העדשות. איור 5 A מציג ההשוואה של העדשה חזירי לפני ואחרי מתיחת באמצעות ה-MLS. חלה עלייה 0.07 מ מ ± ממוצע 0.19 ברדיוס העדשה כאשר נמתח (p < 0.001), שווה עלייה 1.62% 4.2 ± מ רדיוס המקורי. לינה הוא מתואם עם עדשה אלסטיות, לכן, ההבדל רדיאלי בין העמדה unstretched ומתח מציע את היכולת להכיל. מצאנו גידול עקבי רדיוס עדשה שלאחר מתיחת, אשר הוא מסכים עם מחקרים דומים16,17. עקביות וסטיות נמוכה יחסית בתוך המחקר עוד יותר מאמת את הפרוטוקול שלנו.
פרוטוקול זה מאפשר השוואת עדשות אדיב וגם תהססו. ההבדל רדיאלי גדול בין מצבו unstretched מצביע על יכולת טובה יותר כדי להכיל. כדי לתת תוקף נוסף הפרוטוקול, הבחנו יכולות אירוח האנושית כפונקציה של גיל. בדקנו ילדה בת 21 ו- 60 בן העין האנושית (הלאומית מחלות מחקר מחלף, פילדלפיה, PA). התוצאות, כמוצג באיור 5B, הצביעו על ירידה ביכולת להכיל עם הגיל. עדשה בת 21 הרדיוס גדל 0.22 ± 0.13 מ"מ או 5.2% על מתיחות בהשוואה 0.0059 ± 0.099 מ"מ או 0.14% הגידול של העדשה בת 60. הוכח כי עדשות האדם לאבד בהדרגה את היכולת להכיל עם גיל3. תוצאות אלו הראו הבדל קטן יותר בין הרדיוס מתוח, unstretched של העדשה בת 60 לעומת העדשה בת 21, המציינת את אובדן יכולת לינה. העדשה אדם מבוגר הוכחת יכולת ירידה של למתוח הוא מסכים עם מחקרים דומים על לינה כפונקציה של גיל8,18,20.
איור 1 : סכימטי של האלונקה מדריך עדשה. (א) שהורכב מרכיבי ה-MLS, לרבות נעליים, תיק צלחת, הלוח העליון, הצלחת התחתונה. (B) דיאגרמה נציג של הנעליים מחובר בצורה רדיאלית המדגם. (ג) Clamped הנעל בו zonules (לא בתמונה) הם מחוברים ומתח. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 2 : להחליפן בתמונות של פרוטוקול לנתיחה. (א) הדגימה העין רוכז, החתך הראשוני לאורך העולם ייעשה כ 3 מ מ הקרנית. (B) העולם העין כראוי נחתך סביב והיקפו. (ג) האחורי בסקלרה הופרד לחלוטין מן העולם,. (ד) העדשה הזגוגיות, zonules, גוף ריסי להיות מבודדת מן העולם. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 3 : תמונת הנציגה של העדשה unstretched ומתיחה באמצעות ה-MLS. (א) העדשה מוחזקת בתוך המכשיר, לפני ושלפה, בעמדה שלו unstretched. (B) המכשיר מופעל בצורה רדיאלית באמצעות הברגים, כפי העדשה נמתחת לתוך מעמדה מוארך. סרגל קנה מידה = 10 מ מ. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 4 : להחליפן בתמונות מניתוח הנתונים של העדשה דגימות. (א) 50 נבחרים נקודות נבחרו על היקף המדגם עדשה באמצעות תוכנת ImageJ. (B) רדיוס מחושב פיקסלים 37.4955 והיה הערך מהתפלגות חי-בריבוע של התאים 0.77636 פיקסלים. תוצאות אלו ישתנו מן העדשה-כדי-עדשה, יש להמיר את הפיקסלים מטרי יחידות באמצעות הסרגל המצולם. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 5 : רדיוס עדשה לפני ואחרי מתיחה באמצעות מדריך עדשה האלונקה. (א) unstretched ומתח רדיוס של 10 עדשות חזירי נתון ה-MLS. (B) גרף מייצג רדיוס מדודה של שתי עדשות אנושי, בן 21 ו- 60 שנים, לפני ואחרי מתיחת מדריך עדשה. קווי השגיאה והן חלק (א) ו (ב) מייצגים את השגיאה שדווחה להתאים את ההיקף של העדשה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
לנו יש המציאו שיטה כדי לספק מדויק ויעיל דרך של הלומדים את היכולת לינה של העדשה על ידי ניצול מנגנון clamping כפול-חתיכת זוג את האלונקה לדגימת. במהלך לינה, העדשה מרגיע, ומפחית את הקוטר בתגובה הרפיה של4,192,1,zonular סיבים. השיטה מתמקדת תופעה זו על ידי מחבר חובק למעקה ושליטה על המתח של סיבי zonular. מסיבה זו, יש לקחת טיפול קריטיים כדי לצבוט את zonules בתוך הנעליים לחקות במדויק לינה עדשה פיזיולוגיים. כדי להבטיח מחבר חובק למעקה נכונה, העדשה צריכה לנוח שווידאתם מרכז הנעליים התחתון עם הזגוגיות מינימלי המצורפת. נוספים להקפיד בעת ושלפה כדי להבטיח מתיחה רדיאלי שווה מתבצע סביב היקף העדשה. אם העדשה מתיחה שנראה nonequivalent, או אם zonules להיות מנותקת את התפסים, הדגימה יש לטעון מחדש במידת האפשר.
פרוטוקולים מתיחה דומה של העדשה כעת במקדמי ללמוד לינה ו זוקן ראייה4,6,7,9,12. עם זאת, פרוטוקולים אלה הם בדרך כלל מורכבים ויקרים, הדורשים מכונות מורכבות, תוכנות. בנוסף, שיטות אלה דורשים עין כל דגימות-מעל $500.00 לכל ניסוי אשר עוד יותר מקטין אימוץ נרחב. פרוטוקול שלנו מגדילה את כדאיות על-ידי החלפת המכונה-התכנות עדשת ידני מתיחה זמינות המערכת, לדוגמה על-ידי דרישת רק שבריר של המדגם. . הצד האחורי הדרוש על העלויות עין באופן משמעותי פחות ב $250.00 לכל ניסוי. עם זאת, ישנן כמה מגבלות הקשורות פרוטוקול שלנו. כאמור, אי-התאמות של העדשה או שווים zonule מתח תגרום מתיחות המיותר. בנוסף, כוח משיכה חלה שאינו נמדד, ובכך מסתמך על מרקם של המשתמש כדי למנוע unclamping או קריעת zonules. אם zonules דמעה, חייב להיות מושלך המדגם כמו הנעליים MLS לא יוכל מספיק נכנעתי. המאמצים העתידיים יתמקד לכימות הכוח שימושית כדי להבטיח עקביות והרלוונטיות פיזיולוגיים. בנוסף, הפרוטוקול כרוך מתיחה צריך להיות מוגברת עד הופסקה על-ידי הבורג עצירה. מתיחה אפשרות, לכן, לשנותם או מגוונים בין דגימות ומציג מעדיף מדינה מלאה נמתח או unstretched בינארי.
מניעת או innovating לטיפול זוקן ראייה הוא מוקד מחקר עינית, כפי התנאי הוא כרגע בלתי נמנע וחשכה. עם זאת, ביומכניקה של לינה, זוקן ראייה הם לא מובן במלואו. פרוטוקול הציג מאפשר סימולציה מדויקת של העדשה מתיחה במהלך לינה תוך דרישת פחות חומר מדגם, התקן הבנייה, וזמן. על ידי הגדלת זמינות, השיטה מאפשרת עוד מעבדות להתבונן וללמוד על ביומכניקה של העדשה מקומות לינה.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
AB יש זיקת Bioniko ייעוץ LLC.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Manual Lens Stretcher | Bioniko | MLS | Different animal species will require different shoe sizes |
| Porcine Eye Samples | George G. Ruppersberger; slaughterhouse | N/A | Whole eyeballs were obtained |
| Human Eye Samples | The National Disease Research Interchange | N/A | Posterior poles without corneas were ordered |
| Dissecting Scissors (5 1/2'' Straight) | Electron Microsopy Sciences | 72960 | |
| Tissue Forceps (4 1/2'') | Electron Microsopy Sciences | 72960 | |
| iPhone 6s | Apple | N/A | Any imaging system with ~0.1 mm resolution will work |
| Sodium Hypochorite | Clorox | Clorox Regular-Bleach | Any disinfectant will work |
References
- Von Helmholtz, H. Uber die akkommodation des auges. Arch Ophthal. 1, 1-74 (1855).
- Schachar, R. A., Black, T. D., Kash, R. L., Cudmore, D. P., Schanzlin, D. J. The mechanism of accommodation and presbyopia in the primate. Ann Ophthalmol. 27, 58-67 (1995).
- Glasser, A., Campbell, C. W. Presbyopia and the optical changes in the human crystalline lens with age. Vision Res. 38 (2), 209-229 (1998).
- Reilly, M. A., Hamilton, P. D., Perry, G., Ravi, N. Comparison of the behavior and natural and refilled porcine lenses in a robotic lens stretcher. Exp Eye Res. 88, 483-494 (2009).
- Langenbucher, A., Huber, S., Nguyen, N. X., Seitz, B., Gusek-Schneider, G. C., Küchle, M. Measurement of accommodation after implantation of an accommodating posterior chamber intraocular lens. J Cataract Refract Surg. 29 (4), 677-685 (2003).
- Ehrmann, K., Ho, A., Parel, J. Biomechanical analysis of the accommodative apparatus in primates. Clin Exp Optom. 91 (4), 411 (2008).
- Pinilla Cortés, L., et al. Experimental Protocols for Ex Vivo Lens Stretching Tests to Investigate the Biomechanics of the Human Accommodation Apparatus. Invest Ophthalmol Vis Sci. 56 (5), 2926 (2015).
- Fisher, R. F. The elastic constants of the human lens. J Physiol. 212 (1), 147-180 (1971).
- Eppig, T., et al. Biomechanical eye model and measurement setup for investigating accommodating intraocular lenses. Z Med Ohys. 23 (2), 144-152 (2013).
- Manns, F., Parel,, et al. Response of Human and Monkey Lenses in a Lens Stretcher. Invest Ophthalmol Vis Sci. 48 (7), 3260 (2007).
- Scarcelli, G., Kim, P., Yun, S. H. In vivo measurement of age-related stiffening in the crystalline lens by Brillouin optical microscopy. Biophys J. 101 (6), 1539-1545 (2011).
- Besner, S., Scarcelli, G., Pineda, R., Yun, S. -H. In Vivo Brillouin Analysis of the Aging Crystalline Lens. Invest Ophthalmol Vis Sci. 57 (13), 5093 (2016).
- Cortes, L., et al. Experimental Protocols for Ex Vivo Lens Stretching Tests to Investigate the Biomechanics of the Human Accommodation Apparatus. Invest Ophthalmol Vis Sci. 56 (5), 2926-2932 (2015).
- Bernal, A., Parel, J. -M., Manns, F. Evidence for Posterior Zonular Fiber Attachment on the Anterior Hyaloid Membrane. Invest Ophthalmol Vis Sci. 47 (11), 4708 (2006).
- Kammel, R., Ackermann, R., Mai, T., Damm, C., Nolte, S. Pig Lenses in a Lens Stretcher. Optom Vis Sci. 89 (6), 908-915 (2012).
- Hahn, J., et al. Measurement of Ex Vivo Porcine Lens Shape During Simulated Accommodation, Before and After fs-Laser Treatment. Invest Ophthalmol Vis Sci. 56 (9), 5332-5343 (2015).
- D'Antin, J. C., Cortes, L. P., Montenegro, G. A., Barraquer, R. I., Michael, R. Evaluation of a portable manual stretching device to simulate accommodation. Acta Ophthalmol. 93 (255), (2015).
- Pierscionek, B. Age-related response of human lenses to stretching forces. Exp Eye Res. 60 (3), 325-332 (1995).
- Marussich, L., et al. Measurement of Crystalline Lens Volume During Accommodation in a Lens Stretcher. Invest Ophthalmol Vis Sci. 56 (8), 4239 (2015).
- Martinez-Enriquez, E., Pérez-Merino, P., Velasco-Ocana, M., Marcos, S. OCT-based full crystalline lens shape change during accommodation in vivo. Biomed Opt Exp. 8 (2), 918-933 (2017).
