Методика сканирования сканирующего рассеивателя света (SLPS) для количественной оценки рассеяния вперед и назад с помощью интраокулярных линз

Summary

В этом протоколе описывается сканирующий профилировщик рассеяния света (SLSP), который позволяет полноугольную количественную оценку рассеяния света вперед и назад от внутриглазных линз (ИОЛ) с использованием принципов гониофотометра.

Abstract

Разработана методология профилирования рассеяния рассеянного света (SLSP) для полноугольной количественной оценки рассеяния света вперед и назад от внутриглазных линз (ИОЛ) с использованием принципов гониофотометра. Этот протокол описывает платформу SLSP и то, как он использует 360 ° вращающийся фотодетекторный датчик, который сканируется вокруг образца ИОЛ при записи интенсивности и местоположения рассеянного света при его прохождении через среду ИОЛ. Платформа SLSP может использоваться для прогнозирования, не клинически, склонности к текущим и новым конструкциям и материалам ИОЛ для индуцирования рассеяния света. Неклиническая оценка светорассеивающих свойств ИОЛ может значительно уменьшить количество жалоб пациентов, связанных с нежелательным бликом, блеском, оптическими дефектами, плохим качеством изображения и другими явлениями, связанными с непреднамеренным рассеянием света. Необходимо провести дальнейшие исследования для корреляции данных SLSP с клиническими результатами, чтобы помочь идентифицироватьКоторый измеряет рассеяние света, является наиболее проблематичным для пациентов, перенесших операцию катаракты после имплантации ИОЛ.

Introduction

Сначала был применен подход профилировщика рассеяния рассеянного света (SLSP) для решения проблемы количественной оценки характеристик рассеяния света внутриглазных линз (ИОЛ) в неклинических условиях ¹ . Разработка методологии тестирования для оценки тенденций рассеяния света конструкций ИИЛ и материалов представляет значительный интерес, чтобы помочь выявить потенциальные проблемы нежелательного рассеяния света. Рассеяние света обычно сообщается пациентами и наблюдается как блики, блеск, оптические дефекты и другие формы дисфотопсии ² , иногда приводящие к пациенту, требующему эксплантации ИОЛ. В дополнение к дисфотопсии рассеянный свет уменьшает количество баллистического света, что приводит к снижению общего качества изображения ³ . Разработка устройства, которое может не клинически оценить потенциал ИОЛ для рассеивания входящего света (и позже коррелирует с клинически отчетными результатами) cБыть полезным.

Оценка оптических свойств ИОЛ (линза, используемая для замены человеческой кристаллической линзы после хирургии катаракты) представляет особый интерес, поскольку она является наиболее часто имплантированным медицинским прибором в мире (почти 20 миллионов в год) ⁴ и США (более 3 Млн. В год) ⁵ . В результате даже небольшой процент пациентов, сообщивших о дисфотопсии, может оказать большое влияние. Кроме того, быстрорастущие технологии ( например, новые конструкции ИОЛ, материалы и оптические возможности) могут увеличить проблемы, связанные с рассеянием света. Например, мультифокальные ИОЛ были разработаны для улучшения ближней и дальней остроты зрения путем разработки линз, которые используют рефракционные и дифракционные оптические принципы. Было обнаружено, что эти линзы также очень успешны, и они увеличивают количество зарегистрированных гало и бликов, в основном связанных с рассеянием света ⁶ .

Несколько неклинических лабораторных исследований пытаются предсказать дисфотопсию от рассеянного света, когда он проходит через ИОЛ ⁷ . Например, исследования показали, что Haptics IOL (руки ИОЛ используются для установки на месте), а край ИОЛ подвержен воздействию большого количества наблюдаемого рассеянного света ⁸ . Был введен один метод - метод интегрирующей сферы с баллистическим фотоном (БРИМ) для количественного измерения количества общего небаллистического света после прохождения через ИОЛ ⁹ . Однако этот высокочувствительный метод предназначен для измерения полной интенсивности рассеянного света и не может определить направленность рассеянного света. Программное обеспечение компьютерного моделирования может использоваться с образцовыми глазами, чтобы помочь предсказать интенсивность и направленность рассеяния света от различных конструкций и материалов ИОЛ. Например, склонность к краю ИОЛ индуцировать светT для моделирования конструкций, которые ограничивали бы количество рассеянного света ¹⁰ . Кроме того, компьютерное моделирование, в которое встроена теория рассеяния Mie, подтвердило, что увеличение рассеяния света может уменьшить функцию передачи модуляции (MTF) IOL (прямая корреляция с качеством изображения) ³ . Несмотря на полезность, для проверки этих прогнозирующих симуляций необходимы реальные стендовые тесты.

Для проверки прогностического моделирования необходим стендовый тест, который способен обнаруживать и количественно оценивать две различные формы рассеянного света, рассеянный вперед и рассеянный назад рассеянный свет. Хотя это не источник дисфотопсии, рассеянный назад рассеянный свет (рассеяние света от глаза) является причиной снижения качества изображения, поскольку через ИОЛ проходит меньше света, чтобы в конечном итоге достичь сетчатки. Прямой рассеянный свет (рассеяние света в сетчатке) является проблемой для офтальмологов, поскольку онМожет привести к жалобам на дисфотопсию ( например, блики, ореол и блеск). Один из распространенных примеров - пациенты, сообщающие о дополнительном нежелательном свете от прохождения встречных автомобилей во время ночного вождения; Этот вопрос особенно распространен среди мультифокальных ИОЛ ¹¹ . Однако текущая практика выявления потенциального прямого рассеянного света заключается в том, что офтальмологи должны освещать глаза пациента и качественно наблюдать, сколько света отражается назад (обратный рассеянный свет) и полагая, что рассеянный назад рассеянный свет будет примерно таким же, как рассеянный вперед Свет (что не всегда так) ¹² .

Здесь мы опишем простую методику тестирования с использованием принципов гониофотометрии, чтобы количественно измерить величину и направление рассеянного света у него, проходя через внутриглазную линзу. SLSP работает, вращая датчик фотодиода на 360 градусов вокруг ИОЛ, который подвергается воздействию света sНаш, см . Рис. 1а . Мы выбрали зеленый лазерный источник (543 нм), чтобы наилучшим образом представить известный фотопический максимум и согласиться с международными стандартными спецификациями ¹³ . Здесь IOL адаптируется к вращательному и поступательному держателю, где датчик фотодиода может вращаться вокруг и наблюдать рассеяние света от объектива. В результате SLSP обладает уникальной способностью количественно измерять величину и направленность рассеянного света. Однако, хотя это не описано здесь, для улучшения интеллектуальных возможностей эксперименты должны проводиться в контролируемой среде с использованием соответствующей модели глаз. Расстояние между ИОЛ и оптическим датчиком (а также размер сенсорного элемента) определит возможности разрешения устройства; Тем не менее, будет достигнута компромисс между разрешением и мощностью сигнала, которые необходимо будет скорректировать, если это необходимо.

Чтобы точно описать принципПлатформы SLSP мы определяем три типа вращательных углов, см. Рисунки 1b и 1c . В частности, угол поворота (˚R) представляет собой поворот фотодиодного датчика при вращении вокруг ИОЛ. Здесь 0˚R будет представлять, когда датчик находится за линзой (обратный рассеянный свет), а 180˚R представляет собой, когда датчик находится перед объективом (передний рассеянный свет). Углы 90˚ и 270˚ представляют собой точки перехода между рассеянным светом вперед и назад. Угол восприятия (˚S) представляет собой градусы, которые датчик поворачивает (в направлении вверх и вниз), чтобы он мог обнаружить более одной плоскости рассеянного света. Здесь 0˚S означает, что поверхность датчика параллельна IOL (и источнику света). Наконец, угол падения (˚I) представляет собой угол, с которого источник света приближается к ИОЛ. Здесь 0˚I соответствует, когда падающий свет находится на оптической оси ИОЛ и 90 &# 730; Будет представлять, когда источник света перпендикулярен к меридиональной плоскости.

Protocol

1. Подготовка платформы для оценки SLSP

ПРИМЕЧАНИЕ. Все этапы выравнивания требуют точности и терпения для обеспечения точного количественного определения при измерении рассеяния света. Обзор настройки SLSP, представленный на рисунке 1 . Здесь на иллюстрации ( рисунок 1a ) показана базовая концепция настройки SLSP. Кроме того, фиг. 1b и 1с помогают определить различные углы, на которые ссылаются в ходе обсуждения. В частности, на рисунках 1b и 1c определены следующие три угла: ˚R (угол поворота датчика), ˚S (угол измерения датчика) и ˚I (угол падения IOL).

1. SLSP Alignment (Рисунок 2).
   1. Сосредоточьте лазерный источник с узкой линией (здесь, центральную длину волны 543 нм) в одномодовое оптическое волокно доставки с использованием объектива с объективом с коррекцией бесконечности на 10 ×.
      ПРИМЕЧАНИЕ. ПротестируйтеT, чтобы гарантировать, что выходной свет просвета устойчив, или измерения будут трудно определить количественно. Сфокусированный луч определяется наблюдением света, проходящего через волокно, это не будет достигать 100% -ной эффективности, но должно быть достаточно, чтобы датчик мог в конечном счете обнаружить датчик.
   2. Объедините источник света, объединив одномодовое оптическое волокно с объективом с коррекцией объектива с 10-кратным увеличением, чтобы волокно располагалось в фокальной точке объектива. Выходной свет должен приводить к равномерному гауссовому профилю луча.
   3. Установите диафрагму диафрагмы перед источником света, чтобы отрегулировать диаметр гауссова луча.
      ПРИМЕЧАНИЕ. Установите диаметр диафрагмы диафрагмы как представитель человеческого глаза ( например, диаметр 1-6 мм). Поскольку жалобы на рассеяние света обычно связаны с ночным вождением, диаметры диафрагмы диафрагмы, представляющие расширенную радужную оболочку, могут быть предпочтительными.
   4. Постройте гониофотометр, подключив фотодиод сенСорт на моторизованный / программируемый 360 ° вращательный каскад с возможностями линейного перемещения (x, y и z) с использованием выдвижного рычага (металлическая стойка с зажимным зажимом).
      ПРИМЕЧАНИЕ. Создайте платформу этапа, которая позволяет выполнять переводы, а также корректировки наклона. Настройте держатель датчика, который позволяет 360 ° угол поворота датчика (˚R) и может быть отрегулирован по крайней мере на 45 ° поворота угла датчика (˚S) для измерения различных плоскостей рассеяния. Расстояние расширенного плеча зависит от чувствительности датчика фотодиода и желаемой угловой точности.
   5. Отрегулируйте угол обнаружения датчика (при необходимости), повернув поверхность датчика и отрегулировав положение кронштейнов.
2. Выравнивание ИОЛ
   1. Постройте платформу для хранения ИОЛ так, чтобы ИОЛ располагалась над гониофотометром ( рис. 2 ).
      1. Для этого создайте платформу для хранения ИОЛ, чтобы IOL была приостановлена ​​abOve центр гониофотометра (возможно изменение положения гониофотометра и ИОЛ).
         1. Чтобы построить платформу, используйте четыре, 18 "длинных, ½" цилиндрических столбиков и стойки и прикрепите их к макету 18 x 18 дюймов. Этот макет является базовой опорой для платформы.
   2. Присоедините ступень трансляции (направления x, y и z) с возможностями наклона и поворота (I˚) под макетом, чтобы ступень была направлена ​​вниз.
      ПРИМЕЧАНИЕ. Ступени перевода с небольшими размерами шага (несколько микрон) обеспечивают высокую точность во время выравнивания ИОЛ и улучшают точность гониофотометрии. Конкретные размеры платформы могут быть настроены под индивидуальные потребности. В результате можно регулировать цилиндрические стойки и макеты.
      1. Надежно подключите ИОЛ к платформе для хранения ИОЛ, зажав одну из педалей ИОЛ.
         ПРИМЕЧАНИЕ. В этом доказательствеЦелевого эксперимента, ИОЛ тестируются на воздухе; Однако ИОЛ в растворе и температурах, которые наилучшим образом представляют условия in vivo, были бы идеальными.
   3. Выровняйте ИОЛ непосредственно перед источником света (с плоскостью фокусировки IOL, перпендикулярной источнику света), используя линейные и наклонные настройки с этапа платформы платформы ИОЛ, чтобы гарантировать, что направление света не изменяется при прохождении через центр ИОЛ. Это положение будет представлять собой угол падения (I˚) 0˚.
   4. Определите местоположение фокального пятна света от ИОЛ и поместите небольшое коническое устройство в фокальное пятно, чтобы уменьшить обнаружение расфокусированного света (при необходимости). Определите фокусное пятно света, поместив лист бумаги (например, визитную карточку) за ИОЛ и определив, где свет наиболее сильно сфокусирован. Это может быть субъективное измерение.
      ПРИМЕЧАНИЕ. Этот шаг необходим только в том случае, если требуется измерять чисто не-bАллистический свет.
   5. Расположите моторизованный каскад для датчика фотодиода непосредственно под ИОЛ, чтобы убедиться, что ИОЛ находится в центре траектории гониофотометра. Выровняйте гониофотометр так, чтобы он находился примерно на расстоянии 12 см от ИОЛ.
      ПРИМЕЧАНИЕ. Связь ИОЛ и гониофотометра будет определять разрешение испытаний, где расположен более длинный гониофотометр, что может привести к большему разрешению. Однако увеличенное расстояние (и меньшие размеры шага) приведет к более низкому сигналу и увеличению времени экспериментов.
   6. Отрегулируйте угол падения (I˚), повернув ступицу платформы IOL.
      ПРИМЕЧАНИЕ. Первоначальные эксперименты должны проводиться с углом падения от 0˚ до 80˚. Вне 80˚ начнет приближаться к углу скоса, где отразится весь свет.
3. программирование
   1. Создайте программное обеспечение для координации механического(См. Дополнительный файл 1 и Таблицу материалов ) с соответствующим измерением освещенности с использованием программного обеспечения для проектирования системы.
      ПРИМЕЧАНИЕ. При построении программного обеспечения учитывайте скорость датчика, чтобы убедиться, что физическое местоположение датчика точно отражает его записанное измерение. Программа, разработанная для этого эксперимента, приведена в дополнительном файле 1 .

2. Экспериментация SLSP и анализ данных

1. Сканирование (˚R)
   1. Убедитесь, что ИОЛ и источник света правильно выровнены (см. Разделы 1.1 и 1.2).
   2. Постройте корпус вокруг фотодиодного датчика и ИОЛ, используя контейнер с неотражающим внутренним покрытием, чтобы свести к минимуму обнаружение странного света. Обеспечьте отверстие для источника света.
      ПРИМЕЧАНИЕ. Конкретную конструкцию корпуса следует настроитьОснованный на внешнем свете в комнате. В результате можно использовать несколько конструкций. Тем не менее, цель корпуса заключается в том, чтобы уменьшить весь внешний свет от обнаружения датчиком.
   3. Выключите все источники света внутри комнаты, за исключением компьютера программирования.
   4. Запустите программу SLSP (шаг 1.3.1), чтобы датчик вращается вокруг ИОЛ для измерения рассеянного света при каждой степени вращения (˚R).
   5. Чтобы измерить рассеянный свет на более чем одной плоскости, запустите программу SLSP несколько раз, при этом вручную отрегулируйте расширенный рычаг датчика и угол измерения датчика (˚S).
      ПРИМЕЧАНИЕ. Количество запусков программы зависит от желаемого результата. Чем больше углов детектирования, тем выше точность определения направленности рассеянного света.
   6. Для исследования диаметра пучка отрегулируйте диафрагму диафрагмы до желаемого диаметра перед запуском программы SLSP.
      ПРИМЕЧАНИЕ.E, диаметры лазерного луча 1, 2, 3, 4 и 4 64 мм были использованы для лучшего имитации типичных диаметров диафрагмы. Наибольшим диаметром был использован 4,64 мм, так как это был диаметр коллимированного пучка без прохождения диафрагмы диафрагмы.
   7. Для изучения угла падения поверните крепление IOL до нужного угла падения перед запуском программы SLSP. Здесь изучались углы падения (I˚) 0˚, 20˚, 45˚ и 80 studied.
      ПРИМЕЧАНИЕ. Для анализа собранных данных необходим пакет обработки научных данных.
   8. Для трехмерного изображения, stich объединяет данные из каждого сканирования при разных ˚S с пакетом обработки данных. Stich данные, построив матричную книгу, где угол измерения датчика (˚S) нанесен на угол или поворот (˚R).
      ПРИМЕЧАНИЕ. Чтобы лучше представлять условия in vitro , платформа SLSP может быть изменена на противоположную, так что гониофотометр находится выше ИОЛ, и тогда ИОЛ можетПомещают внутрь ванны с физиологическим раствором, контролируемым по температуре. Однако в этих условиях время пребывания датчика должно быть значительно больше, чтобы принимать во внимание движение солевого раствора, когда датчик перемещается из положения в положение и вытесняет среду.

Results

Измерения гониофотометрии могут давать сигнал 360 ° Р, когда датчик не расположен на плоскости источника света. Однако для сбора измерений из рассеянного света на плоскости источника света (0˚I) датчик должен будет затмить источник света, в результате получится сигнал менее 360˚R. В наших экспериментах было определено, что сигнал ~ 20˚R блокировался, когда датчик затмил источник света.

Эксперименты показали, что четыре основны...

Discussion

Результаты экспериментов платформы SLSP показали, что использование простых принципов гониофотометрии может привести к мощному инструменту для оценки свойств рассеяния света, связанного с уникальными конструкциями и материалами ИОЛ. В частности, платформа SLSP наблюдала прямую корреляцию между количеством детектируемого рассеянного света и диаметром луча источника света. Кроме того, множественные рассеянные пики, обнаруженные в мультифокальных ИОЛ, легко наблюдались с помощью SLSP. Кроме того, когда источник света прибл...

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Фотодиодный датчик серии PD300	Ophir-Spiricon Corp	7Z02410	PD300-1W, RoHS
URS Series Прецизионный поворотный стол	Newport Corp.
ESP301 1-осевой контроллер движения и драйвер	Newport Corp.	ESP301-1N
Программное обеспечение LabView	от National Instruments Corp.	776671-35
Происхождение	Корпорация OriginLab	Н/Д
одномодовые оптоволоконные патч-кабели FC/APC	ThorLabs Inc.	P3-460B-FC
10X Olympus Plan Achromat Objective	ThorLabs Inc.	RMS10X	RMS10X - 10X объектив Olympus Plan Achromat, 0,25 NA, 10,6 мм WD