Summary
In dit protocol schetsen we de conceptuele ontwerpelementen en structurele ontwikkeling van een verblindingsscherpteapparaat. Daarnaast wordt het ontwerp van een apparaat voor het meten van positieve dysfotopsie (halo's, spaken) en tweepuntslichtdrempels beschreven.
Abstract
Intraoculaire verstrooiing, met de bijbehorende functionele manifestaties, is een belangrijke oorzaak van auto-ongelukken en een belangrijke biomarker van heimelijke en openlijke oogaandoeningen (bijv. ziekten van het hoornvlies en de lens). Bijna alle huidige methoden om de gedragsgevolgen van lichtverstrooiing te meten, lijden echter aan verschillende beperkingen die meestal een gebrek aan constructie en inhoudsvaliditeit weerspiegelen: om te weten, weerspiegelen de metingen niet voldoende de omstandigheden in de echte wereld (bijv. kunstmatig licht versus zonlicht) of dagelijkse taken (bijv. herkenning onder visueel veeleisende omstandigheden).
Dit protocol beschrijft twee nieuwe, ecologisch geldige methoden om de gedragseffecten van intraoculaire verstrooiing te meten door scattergeometrie en visuele herkenning onder verblindingsomstandigheden te kwantificeren. De eerste werd gemeten door de diameter van halo's en spaken te beoordelen die het resultaat waren van een heldere puntbron. Lichtspreiding (in wezen werd de puntspreidingsfunctie bepaald aan de hand van Rayleigh-criteria) gekwantificeerd door de minimale waarneembare afstand tussen twee kleine punten van breedbandlicht te bepalen. Dit laatste werd gedaan op basis van de identificatie van letters gevormd met behulp van openingen waardoor fel licht werd geschenen.
Introduction
Verblinding wordt gewoonlijk gedefinieerd als een degradatie van optische helderheid als gevolg van intraoculaire verstrooiing in de oculaire media. Deze verstrooiing vervormt de weergave van het beeld op het netvlies en produceert een verstoorde weergave van de visuele scène. De meeste zware ongevallen in verband met verblinding gebeuren als gevolg van intraoculaire spreiding overdag veroorzaakt door de zon1. Deze oorsprong betekent dat tijd van dag en seizoen (zonnepositie) significante variabelen zijn , evenals de leeftijd van de bestuurder2,3. Gezien het belang van verblinding als veiligheidskwestie, zijn er verschillende methodologische studies uitgevoerd die gericht zijn op (meestal commerciële) apparaten voor het testen van individuele en groepsverschillen4. Vaak manifesteert dit zich als felle lichten (meestal halogenen of fluorescenten) rond een scherptekaart of roosters. Afhankelijk van de kenmerken van het individu (bijv. oculaire pigmentatie, lensdichtheid)5, veroorzaken de abutting-lampjes een veilingluminantie die de prestaties verslechtert. Op het eerste gezicht lijken deze taken een hoge gezichtsvaliditeit te hebben. Zoals geïllustreerd in figuur 1A, B ,het verhogen van de spreiding doet direct sluier objecten, en de beschikbare tests vangen variantie toe te schrijven aan de intensiteit van de verblinding bron en persoonlijke kenmerken. De tests hebben echter verschillendenadelen 6 en laten veel belangrijke aspecten van scatter niet beoordeeld. De eerste, en meest voor de hand liggende, is simpelweg dat de meest voorkomende schitteringsbron in het dagelijks leven de zon is.
Scatter in het oog heeft een complexe afhankelijkheid van golflengte die wordt verergerd door leeftijd en oculaire pigmentatie7. In de mate waarin een test afwijkt van deze natuurlijke bron, kan het vermogen om de visuele functie in die omstandigheden te voorspellen beperkt zijn. Veel voorkomende tests gebruiken witte lichtgevende dioden (LED's) of aan de zijkant gemonteerde halogenen. In een vroege studie onder 2.422 Europese chauffeurs merkten van den Berg et al. op dat verstrooiing in het oog en gezichtsscherpte relatief onafhankelijke voorspellers waren van de kwaliteit van het gezichtsvermogen van een proefpersoon (verstrooiing en scherpte waren niet gecorreleerd)4. In de echte wereld komt verblinding echter vaak rechtstreeks van het object dat wordt bekeken. De verblindingsbron kan van bovenaf komen (bijv. de zon) of de zijkant (bijv. koplampen van de auto), maar de luminantie van de veiling bevindt zich direct in de zichtlijn. In deze studie probeerden de onderzoekers beide problemen aan te pakken door een lichtbron te selecteren die nauw overeenkwam met het zonlicht van de middagdag (figuur 2), en een taak te ontwerpen die was gebaseerd op herkenning (niet alleen detectie) en waar taak- en lichtstress tegelijkertijd in de directe zichtlijn van de kijker lagen.
Naast een luminantie die de gezichtsscherpte vermindert (spreiding langs de zichtlijn), beïnvloeden veel omstandigheden de werkelijke geometrie van verstrooiing in het oog (d.w.z. niet alleen voorwaartse lichtverstrooiing in de macula) en verslechteren het zicht. Dit wordt beschreven door het vaak voorkomende verschijnen van halo's en spaken (of bij voldoende slopende, positieve dysfotopsie (POP) (zie bijvoorbeeld figuur 3). PDP is een veel voorkomende bijwerking bij personen die LASIK corrigerende chirurgie8 hebben ondergaan naast personen met staar (vaak klinisch aangeduid als "ondraaglijke" PDP9- deze demografische omvat ongeveer de helft van de bevolking van 70 jaar en ouder). PDP wordt vaak niet gecorrigeerd door staaroperaties, omdat de operatie zelf inhomogeniteiten in het hoornvlies creëert, de plaatsing van het implantaat in de lenscapsule onvolmaakt is en veel lensontwerpen, terwijl sommige problemen zoals presbyopie worden aangepakt, andere creëren, zoals spoking en halo's. Buckhurst et al. toonden bijvoorbeeld aan dat intraoculaire spreiding hetzelfde was tussen verschillende ontwerpen van heldere intraoculaire lens (IOL), maar dat multifocale lenzen significante PDP10creëerden .
De eerste halometer ontworpen om visuele halo's / spaken nauwkeurig te meten, werd in 1924 beschreven door Robert Elliot. Het apparaat was in wezen een lamp in een doos met een klein diafragma en een schuifregel (zelfs eerdere versies gebruikten tekeningen van de visuele effecten van kaarsen). Verschillende variaties van dat thema volgden9 totdat een apparaat genaamd de Aston Halometer eindelijk op de markt kwam. Dit apparaat10,11 is gebaseerd op een helderwitte LED in het midden van een tabletcomputer (proefpersonen identificeren letters rond de tablet terwijl ze centrifugaal bewegen in stappen van 0,5°). Zoals eerder opgemerkt, is een uitdaging met dit ontwerp dat witte LED's geen geweldige match zijn met de zon. Een andere is simpelweg dat de bron (een enkele LED) niet helder genoeg is om significante halo's en verblindingss spaken te induceren. De onderzoekers legden Bangeter occlusiefolies (in wezen een diffuser) op om de lichtverstrooiing te verhogen (en speculatieve reflecties van het oppervlak van de tablet te verminderen). Dit dreigt echter de bron te verwarren (d.w.z. een groot deel van de spreiding komt dan uit de diffuser en niet uit de inhomogeniteiten in het oog zelf - de zeer variabele die moet worden gekwantificeerd). Het herontwerp van de halometer heeft verschillende functies die bedoeld zijn om deze problemen aan te pakken. Ten eerste gebruikt het broad-band xenon als een zonnesimulator12 en gebruikt het de originele diafragmamethode die Elliot heeft geïntroduceerd met precisiegecentreerde remklauwen.
Het lichtschild dat het centrale diafragma vormt, heeft als bijkomend voordeel dat het kan worden gescheiden in twee kleinere diafragma's die langzaam uit elkaar kunnen worden verplaatst om de lichtspreiding te meten (in wezen een gedragsmatige afgeleide puntspreidingsfunctie; zie figuur 4). Dit ontwerp is nu gebruikt in verschillende recente studies om de optische kenmerken van fotochrome contactlenzen te beoordelen13. Samen, het meten van de diameter van halo's en spaken, de minimale afstand tussen twee puntbronnen van licht (lichtverspreiding) en verblindingsscherpte, richt zich niet alleen op het feit dat een patiënt lijdt aan verblinding met behulp van omstandigheden in de echte wereld, maar ook hoe. De gedragseffecten van lichtverstrooiing in het oog zijn geen eenheidsverschijnsel4,14,15. Elk van deze variabelen verklaart een relatief uniek aspect van de variantie in visuele functie. Halo's zijn bijvoorbeeld het gevolg van voorwaartse lichtverstrooiing die voornamelijk afkomstig is van de kristallijne lens. Spaken (in wezen ciliaire corona) komen voort uit diffractie en afwijkingen die ontstaan door kleine deeltjesverstrooiing langs het optische pad14,16.
Protocol
OPMERKING: De procedures die in het volgende protocol worden beschreven, voldoen aan alle institutionele richtlijnen met betrekking tot het onderzoek van de betrokkene. Deze studie werd goedgekeurd door de institutionele toetsingscommissie van de Universiteit van Georgië en de experimentele procedures werden uitgevoerd in overeenstemming met de richtsnoeren voor goede klinische praktijken en de ethische beginselen van de Verklaring van Helsinki.
1. Constructie van het scherpte-scherpteapparaat
OPMERKING: Een conceptuele tekening van het systeem is weergegeven in figuur 5.
- Begin met een optische tafel en installeer een 1000 W xenonbooglamp met de bijbehorende voeding aan het achterste uiteinde van de bank (zie a van figuur 5).
OPMERKING: De beste keuze voor een optische tafel is een breadboard met een rooster van montagegaten, meestal de M6-schroefdraad op een raster van 25 mm. De minimale benodigde afmeting is ~91 cm x 122 cm. Een beperking bij deze systemen is dat, als de lichtopbrengst niet constant is (binnen en tussen sessies), kleine variaties worden geïnterpreteerd als variatie in gedragsdrempels. Zorg er daarom voor dat de voeding sterk gereguleerd is met optische feedbacksensoren om een constante lichtopbrengst te garanderen tijdens experimentele sessies en na verloop van tijd. - Installeer de eerste lens op een plaats die het licht van de bron botst (zie b van figuur 5) en introduceer een optisch element om warmte te verwijderen in de optica die door de intense lichtbron wordt gegenereerd (figuur 5C).
OPMERKING: Alle lenzen in het systeem zijn plano-convexe achromaten met antireflectiecoating. De effectieve brandpuntsafstand is ~100 mm en de diameter is ~5 cm (iets groter dan de uitgangsopening van de lichtbron). Infraroodfilters kunnen worden gebruikt om warmte te verwijderen, maar ze dringen vaak binnen in het zichtbare. Een waterbad is een mooi alternatief. In het huidige systeem hebben twee optische flats een buis gevuld met water omsloten. - Introduceer de volgende lens (zie d van figuur 5) in het optische systeem om het licht scherp te stellen tot een klein punt op het 100 mm cirkelvormige filter met neutrale dichtheid (zie e van figuur 5),dat licht dempt over een lineair bereik van ongeveer 2 logeenheden met optische dichtheid. Bepaal de nominale positie van het filter met behulp van een digitale uitlezing gekoppeld aan een potentiometer (zie j van figuur 5). Gebruik een gekalibreerde radiometer om de werkelijke hoeveelheid verzonden licht te bepalen die overeenkomt met de positie van het cirkelfilter en om periodiek te bevestigen dat de totale energie in het systeem in de loop van het experiment constant blijft.
OPMERKING: Omdat het filteren over een helling wordt uitgevoerd, moet het licht worden scherpgesteld op een vrij klein gebied (4-9 mm2) wanneer het door het cirkelfilter gaat (deze positie is ook goed om te verbijsteren met een klein diafragma dat alleen het scherpgelegde licht passeert).- Gebruik een mechanische sluiter of gewoon een blokkeerfilter en -houder om de stimulus tussen de proeven af te sluiten (zie f van figuur 5).
- Voeg de volgende lens toe aan het systeem, een collimatinglens (zie g van figuur 5),zo geplaatst dat het licht uitzet tot de diameter van elke letteropening (10,16 cm), waardoor het optotype (7,62 cm) volledig wordt verlicht.
- Construer de letteropeningen of koop ze als metalen stencils: P, L, D, U, Z, E, T en F (zie h van figuur 5). Plaats de letteropeningen in een cirkelvormige rotator (om gemakkelijk afwisseling tussen letters mogelijk te maken) met veerbelaste lipjes en divots om elke letter op zijn plaats te vergrendelen, zodat er tijdens het experiment geen beweging van het wiel is.
OPMERKING: De letteropeningen waren ongeveer 15 mm x 6 mm x 25 mm (~ 0,17 °), en werden gekozen omdat het klassieke Sloan-optotypen zijn en ongeveer dezelfde grootte. In dit systeem was de luminantie gemeten bij de letteropening 4000 lux; 40 lux gemeten in het vlak van het oog. - Verbijster vervolgens het systeem zodanig dat proefpersonen alleen de achtergrondverlichte letteropeningen kunnen zien (bijv. het intense licht dat uit een "E" komt). Plaats bijvoorbeeld de optiek van het systeem in één kamer met het onderwerp in een aangrenzende kamer. Plaats een gat in de deuropening naast de kamers en lijn het uit zodat proefpersonen de experimenteerder of het verdwaalde licht niet kunnen zien. Als de deelnemer de instructies van de experimenteerder niet kan horen, voegt u een intercomsysteem toe.
- Om ervoor te zorgen dat de positie van het oog ten opzichte van het visuele systeem vrij nauwkeurig is, maakt u een vorm van kop- en kinsteunassemblage- gebruik een rubberen oogkop gemonteerd op een zwarte buis (beide gemonteerd op een beweegbare kar). Zoals in dit protocol wordt gedaan, voegt u een houder achter de buis toe om het gebruik van proeflenzen mogelijk te maken om te corrigeren voor brekingsfouten met behulp van gestandaardiseerde lenzen (d.w.z. geen tinting).
OPMERKING: Het gebruik van proeflenzen maakt het ook mogelijk om een glas "blanco" te gebruiken om ervoor te zorgen dat de optische effecten van degenen die geen brekingscorrectie nodig hadden, overeenkomen met diegenen die refractieve corrigerende optica nodig hadden (zie i van figuur 5).- Zorg er bovendien voor dat het kijkstation is beveiligd zodat het niet tussen onderwerpen beweegt. Gebruik een laserniveau om ervoor te zorgen dat het oogstuk wordt uitgelijnd met de optiek (7 m van het oogvlak).
2. Meting van de scherpte van verblindingsherkenning
OPMERKING: Aan het begin van een experimentele sessie wordt bevestigd dat alle optische elementen in het systeem zijn uitgelijnd, de lichtintensiteit (zonder demping) correct is en het oog van de proefpersoon zich in de juiste positie bevindt. De taak wordt vervolgens uitgelegd aan het onderwerp (letteridentificatie) en de stimuli worden in willekeurige volgorde gepresenteerd op verschillende intensiteitsniveaus. Het doel is om de hoogste intensiteit te vinden waarbij een onderwerp nog steeds individuele letters correct kan identificeren (met de werkelijke drempel probabilistisch gedefinieerd bij 75% correcte detectie, 6 correct van de 8).
- Gebruik de methode van limieten (om dicht bij de drempel te komen) en vervolgens constante stimuli om een precieze waarde van de scherptedrempel voor verblindingsherkenning van het onderwerp te verkrijgen.
OPMERKING: Er zijn nauwkeurigere psychofysische methoden beschikbaar (signaaldetectie, geforceerde keuze), maar deze methode werd gebruikt op basis van het aantal metingen en tijdsdruk. - Gebruik een willekeurige lettergenerator om de letters op het wiel in een unieke, willekeurige volgorde te ordenen. Gebruik letters voor de diafragma's die vaak worden gevonden in andere herkenningstaken (bijv. Snellen-grafiek, Sloan-letters).
OPMERKING: De letters die in deze methode werden gebruikt, waren P, L, D, U, Z, E, T en F. - Voordat u met het protocol begint, moet u de aard van de experimentele taak uitleggen door het onderwerp suprathreshold stimuli te laten zien. Zorg ervoor dat het onderwerp zich ervan bewust is dat de taak vrij eenvoudig is: kan de brief worden gezien of niet? Voer voldoende proeven uit om een psychometrische functie te genereren die afleiding van een nauwkeurige probabilistische drempel mogelijk maakt.
3. De halometerinrichting bouwen
- Gebruik dezelfde stappen 1.1-1.2 bij het instellen van de optiektabel voor deze metingen. Zorg ervoor dat het licht van de bron de achterkant van het lichtscherm verlicht over een voldoende ruimte (13-14 cm) om een scheiding van de twee punten mogelijk te maken.
- Installeer het lichtscherm en zorg ervoor dat het dient als een baffle door het grootste deel van het licht uit de lichtbron te blokkeren, zodat het onderwerp alleen het licht uit het diafragma ziet komen en een klein (~ 4 mm) diafragma bevat voor de halo / spaakmetingen. Bevestig een digitale micrometer aan de achterkant van het lichtscherm om de fysieke scheiding van de twee lichtpunten te meten.
OPMERKING: Het diafragma moet worden geproduceerd door twee omhulende en beweegbare openingen (elk 2 mm) en het schild moet een opvouwbare baffle bevatten, zodat, wanneer de openingen uit elkaar worden verplaatst, de baffle het licht tussen hen afschermt. - Om de consistentie met dit protocol te behouden, moet u ervoor zorgen dat de lichtopbrengst gemeten op het lichtscherm 10 cd/m2is.
- Plaats de centreerklauwen volgens het schema (figuur 2)13) in de ruimte tussen het lichtschild en de gestabiliseerde hoofdpositie van de proefpersonen (een eenvoudige kin- en voorhoofdssteun). Zorg ervoor dat de kaken van de remklauw zijn uitgelijnd met de opening van 4 mm en ~13-14 cm hoog zijn.
OPMERKING: Het is handig om wat reflecterend materiaal aan de onderwerpzijde te plaatsen, zodat ze duidelijk zichtbaar zijn. De kaken bewegen gelijkmatig vanuit het midden en hun positie wordt aangegeven door een Vernier-schaal. - Om consistentie te behouden met de instellingen die in dit protocol worden gebruikt, controleert u of het lichtschild ~ 100 cm is en dat de remklauwen ~ 60 cm van het oogvlak van het onderwerp verwijderd zijn.
- Gebruik bij het maken van de tweepuntsmetingen een lens met lange brandpuntsafstand. Bepaal de exacte plaatsing van deze eindlens op basis van de brandpuntsafstand en de afstand tot het lichtschild en het vlak van het oog van het onderwerp. Verwijder deze lens bij het uitvoeren van de halo/spaakmetingen.
OPMERKING: In deze opstelling werd een 200 mm achromatische plano-convexe lens op 18 cm van het oogvlak gebruikt (dit plaatst het oog in de scherpstelstraal, maar niet op het scherpstelvlak, het oog is vooraan bij het laatste brandpunt). Dit wordt gebruikt omdat individuen met een zeer goede scherpte en lage spreiding vaak twee kleine lichtpunten kunnen zien, zelfs als ze heel dichtbij zijn. De scherpstellens zorgt ervoor dat de punten elkaar overlappen en vergroot de afstand die nodig is om twee punten te onderscheiden. - Gebruik een witte reflectiestandaard die aan het oog is geplaatst en een telescopische spectrale radiometer om de spectrale lichtopbrengst te meten, zowel radiometrisch als fotometrisch, om ervoor te zorgen dat het zichtbare spectrum de gewenste kenmerken heeft (in dit geval gesimuleerd zonlicht, figuur 2). Om de energie-output vaker en met een zeer gevoelige detector te monitoren, gebruikt u een gewone radiometer met een fotokop op basis van silicium.
OPMERKING: Dergelijke lichtopbrengstmeetapparatuur levert zowel de spectrale vorm van de curve als de fotometrische waarden op (gemeten in dezelfde positie aan het oog zelf).
4. Verblindingsgeometrie
OPMERKING: Voorafgaand aan het testen kregen proefpersonen voorbeelden van het verschijnen van halo's en sterrensprongen in natuurlijke scènes (zie figuur 3).
- Zodra het onderwerp is uitgelijnd, beweegt u de kaken van de remklauw totdat deze net de halo omringt en vervolgens totdat deze zich net aan de buitenomtrek van de sterrensprongen of spaken bevindt. Verkrijg de drempel door de spreiding vanuit beide richtingen (van binnen naar buiten en van naar binnen) te gemiddelden.
- Zorg bij het begin van de tweepuntsmetingen voor maximale nabijheid van de twee openingen van 2 mm; merk op dat de stimulus zal verschijnen als een enkel, helder lichtpunt. Verplaats de twee diafragma's langzaam uit elkaar en kwantificeert de afstand door de naar achteren gerichte digitale micrometer, gecentreerd op de diafragma's. Vraag de proefpersonen vanaf het "nulpunt" (abutting apertures) om aan te geven wanneer de spreiding van elk lichtpunt elkaar niet overlapt (meestal werkt één richting hier goed).
- Omdat er een fout kan optreden als het onderwerp verkeerd wordt uitgelijnd met het systeem, gebruikt u een camera met kleine boring (met infrarood) om ervoor te zorgen dat het oog altijd in de juiste positie blijft.
Representative Results
Voor de verblindingsscherptemetingen werden 20 jonge proefpersonen (gemiddelde leeftijd = 19 jaar, standaardafwijking (SD) = 1 jaar) met een goede scherpte getest. De resultaten in figuur 6 geven de variatie aan in het aantal letters dat op een relatief helder intensiteitsniveau wordt waargenomen. Een andere benadering voor het analyseren van de gegevens zou zijn om de juiste identificatie te gebruiken om een psychometrische functie te genereren met een drempel gedefinieerd als 6 identificaties van de 8 (de energie bij 75% correcte identificatie). Zoals blijkt uit figuur 6,is er een grote variatie aanwezig, zelfs bij het testen van gezonde jonge proefpersonen.
Gegevens van de halo's en spakenmetingen zijn weergegeven in figuur 7A,B en zijn afkomstig van een andere steekproef van 23 jonge proefpersonen (gemiddelde leeftijd = 20 jaar, SD = 4 jaar). Beide monsters werden gerekruteerd uit de studentenpopulatie van de Universiteit van Georgia. Al deze proefpersonen hadden een goede scherpte (20/20) en/of werden gecorrigeerd met duidelijke contactlenzen. Ook werd de minimumafstand (mm) gemeten die nodig is om twee lichtpunten afzonderlijk op te lossen (de tweepuntsdrempels hier). Deze gegevens zijn weergegeven in figuur 8.
Zoals te zien is in figuur 6, figuur 7, en figuur 8, ondanks dat de steekproef zo homogeen was (samengesteld uit relatief jonge gezonde waarnemers met een goed zicht), was er een grote variatie in de gedragsmetingen van spreiding. Dit suggereert dat standaard klinische metingen van de visuele functie (bijv. scherpte) niet veel visuele kenmerken kwantificeren die waarschijnlijk van invloed zijn op de visuele prestaties onder omstandigheden in de echte wereld.
Figuur 1: Twee nachtelijke rijscenario's. (A) Minimale intraoculaire spreiding van de koplampen van de auto met de voetganger op de weg duidelijk zichtbaar. (B) Hoge intraoculaire spreiding van de koplampen van de auto, waardoor de voetganger op de weg wordt verduisterd. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.
Figuur 2: Grafiek die de spectrale verdeling van middagzonlicht (rood), de xenonbooglamp lichtbron (zwart) en een hoog heldere witte LED-bron (blauw) weergeeft. Afkorting: LED = light-emitting diode. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.
Figuur 3: Voorbeelden van PDP-symptomen: spaken (uiterst links), halo's (links) en sterrensprongen (rechts) en van 2-punts lichtverstrooiing (uiterst rechts). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 4: Semantische weergave van de puntspreidingsfunctie en visuele illustratie van autokoplampen. Relatieve energie op y-as en visuele hoek op x-as; visuele illustratie van hoe de scheiding tussen twee heldere lichtpunten (koplampen) een gedragsmaat is van de breedte. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.
Figuur 5: Een conceptuele tekening van het verblindingssysteem. De componenten omvatten (a) een xenonlichtbron, (b) collimatinglens, (c) waterbad, (d) scherpstellens, (e) cirkelfilter (100 mm neutral density filter), (f) filterhouder, (g) lens, (h) letteropeningen in cirkelvormig draaiwiel, (i) brekingscorrectie (proeflenzen), (j) digitale uitlezing van circulaire filterpotentiometer. Afkortingen: CL = collimating lens; FL = scherpstellens; L = lens; TL = proeflenzen. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.
Figuur 6: Een kolomdiagram met het aantal letters dat elk onderwerp kon identificeren wanneer de luminantie van de stimulus werd vastgehouden bij een heldere constante (absolute energie, 16.392 cd/m2). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 7: Een kolomdiagram met de individuele verschillen in een steekproef van 23 jonge, gezonde waarnemers. (A) Individuele verschillen in halodiametergrafiek. (B) Individuele verschillen in Starburst diamater grafiek. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.
Figuur 8: Een kolomdiagram met de minimale afstand waar twee kleine lichtpunten elkaar niet overlapten (tweepuntsdrempels). Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.
Discussion
De visuele gevolgen van intraoculaire verstrooiing worden vaak beoordeeld als verblindingsstoornis en ongemak17,18. Deze methoden richten zich direct op de disfunctie en lichte pijn die gepaard gaat met intens licht, maar niet direct op hoe het het gezichtsvermogen uitschakelt. Het hoe is echter ook belangrijk, omdat intraoculaire verstrooiing niet alleen het zicht beïnvloedt wanneer het intens is. Zelfs een visueel beeld met een lage intensiteit (bijv. lage luminantie, doelen met een laag contrast) kan worden aangetast door lichtverstrooiing. De onderliggende optica15 kan worden beschreven door de Strehl-verhouding, puntspreidingsfunctie of diffusie-index (grotendeels onafhankelijk van luminantie). Een andere methode, die zelfs bij een lagere luminantie (10 cd/m2 in deze opstelling) effectief is, omvat de meting van de scheiding van tweepuntslichtbronnen. Personen met een bredere puntspreidingsfunctie hebben meer scheiding nodig voordat twee kleine lichtpunten onderscheidend lijken. De Rayleigh-criteriummethode voor het kwantificeren van de verspreiding van twee kleine puntlichtbronnen heeft een lange geschiedenis19. In het onderhavige geval werd deze methode aangepast om de ecologische geldigheid ervan te vergroten (bijvoorbeeld door gebruik te maken van wit xenon dat middagzonnelicht simuleerde).
Figuur 5 toont een conceptuele tekening van het verblindingssysteem. In wezen begint het met een heldere witte lichtbron die zonlicht simuleert (xenonlampen zijn meestal een goede keuze, 1000 watt zorgt voor voldoende intensiteit). Licht van de bron wordt gekoeld met een waterbad (transparant tot zichtbaar licht) en vervolgens gemanipuleerd door een reeks lenzen die licht in gerichte en gebotste stralen dragen. Een cirkelvormig neutraal dichtheidsfilter dempt het licht dat vervolgens door lettervormige openingen wordt geleid. Het onderwerp zit op een vaste afstand van de geïsoleerde stimulus (~ 7 m) en bekijkt de stimulus met één oog tegelijk (oogpositie bevestigd door een oogbeker). Wat het onderwerp ziet is een reeks letters die zelf de verblindingsbron zijn. Wanneer het licht te intens is voor een bepaald onderwerp, is een consistente correcte identificatie niet mogelijk. Verblindingsdrempels kunnen worden gedefinieerd met behulp van een willekeurig aantal klassieke psychofysische technieken.
Het basisontwerp van de halometer is vergelijkbaar met het hierboven beschreven verblindingsscherpteapparaat en kan dezelfde lichtbron (een intens xenon) en optische tabel13gebruiken. De twee elementen die verschillen zijn de introductie van een lichtschild dat kleine beweegbare openingen en centrerende precisieklauwen bevat. Het diafragma in het lichtschild heeft een diameter van 4 mm en wordt verlicht door de lichtbron. Het brede bandlicht dat door dit kleine gat gaat, creëert een heldere puntbron die zich verspreidt (het patroon wordt bepaald door de optische kenmerken van de waarnemer, dus voor sommigen spreekt het meer, anderen hebben meer diffuse haloing) en de remklauwen worden gebruikt om deze geometrie te meten. De opening van 4 mm in het lichtscherm kan worden opgesplitst in twee kleinere openingen (elk 2 mm) die langzaam uit elkaar kunnen worden verplaatst totdat de spreiding van elk niet overlappend is. Die afstand (bijgehouden door een micrometer op het lichtschild) wordt gebruikt als de gedragsmatig afgeleide puntspreidingsfunctie (tweepuntsdrempels).
De diameters van de halo (diffuus licht rond de puntbron) en starburst (concentrische stralen die naar buiten uitstralen vanaf de puntbron) werden bepaald met behulp van de methode van limieten (in oplopende en dalende modi). De onderzoeker bewoog de kaken van de remklauw (naar buiten vanuit het midden) totdat het onderwerp aangaf dat de geleiders net de halo of de sterrensprong omringden. Bij het maken van de tweepuntsmetingen worden de twee kleine ombollende openingen langzaam uit elkaar verplaatst (horizontaal) en geven onderwerpen aan wanneer de spreiding van elk lichtpunt niet overlapt (bijvoorbeeld wanneer ze voor het eerst een kleine zwarte ruimte tussen de twee punten waarnemen). Een technisch schema van het systeem is beschreven door Hammond et al.13.
Het meten van de manier waarop lichtverstrooiing de aard (en correctie) van het probleem instrueert. Starbursts (perifere spaken), halo's en verblindingsstoornissen en ongemak hebben allemaal individuele kenmerken. Wanneer het oog wordt aangetast door veroudering, ziekte9of operatie8,veranderen deze optische verschijnselen ook op verschillende manieren. Halo's worden bijvoorbeeld vaak gezien als een relatief homogene sluier, terwijl sterrensprongen meestal niet homogeen zijn en zich uitstrekken tot in de periferie. Dit patroon wordt duidelijk aangetoond door Hammond et al.13.
Deze verschillende patronen impliceren de noodzaak van verschillende soorten correcties7. Maculapigmenten (gele pigmenten geconcentreerd in de macula) zijn bijvoorbeeld nuttig gebleken voor het corrigeren van centrale schittering (lichtinval in de zichtlijn)20. Aangezien deze pigmenten echter alleen in en rond de retinale fovea zitten, hebben ze geen invloed op de lichtverstrooiing buiten dat gebied21. Voor dit doel is filteren in het meer voorste deel van het oog wenselijk, zoals bij het gebruik van getinte brillen22, contactlenzen13of intraoculaire implantaten23. Alle dingen zijn gelijk, individuen met optimale verblinding scherpte kunnen letters onderscheiden met veel hogere intensiteiten dan mensen met een slechte verblinding scherpte.
Eerdere studies hebben ook aangetoond dat metingen van lichtverstrooiing niet goed correleren met vaker gemeten statistieken zoals gezichtsscherpte4. Dit motiveerde de ontwikkeling van een lichtverstrooiingsmethode die direct werd omgezet in scherpteoordelen (analoog aan een Snellen-grafiek). Eerdere methoden waren gebaseerd op detectie of resolutie (bijv. het zien van individuele balken binnen roosters van verschillende frequentie) in tegenstelling tot herkenning. Herkenningsscherpte is echter, net als andere vormen, afhankelijk van het contrast tussen twee elementen binnen een afbeelding. Lichtverstrooiing kan dat verschil degraderen en was de afhankelijke maat in de huidige scherptebeoordelingen. Zoals blijkt uit de empirische resultaten van dit jonge, grotendeels homogene monster, alle dingen gelijk, zijn er grote individuele verschillen in hoe lichtverstrooiing de visuele functie onder reële omstandigheden beïnvloedt.
Disclosures
De auteurs hebben niets bekend te maken.
Acknowledgments
De auteurs willen Dr. Sarah Saint erkennen voor haar hulp bij het verzamelen van de halometergegevens.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Glare Recognition Acuity: *Indicates handmade equipment | |||
| 100 mm Circular Neutral Density Filter | Edmund's Optical | Stock #54-082 | |
| 1000W xenon arc lamp Bulb) | Newport | Model 6271 | |
| Breadboard optics table | Newport | Model IG-36-2 | |
| *Chin rest assembly | |||
| *Circular rotator and letter apertures | Letter apertures can be constructed or purchased as metal stencils | ||
| *Digital potentiometer and readout | This simply supplies a nominal readout for the position of the circular wedge (essentially a voltmeter connected to a potentiometer) | ||
| Plano-convex achromatic lenses | Edmund's Optical | Model KPX187-C | 100 mm EFL, anti-reflective coating in the visible, 50.8 mm diameter (mounting is also available from this supplier) |
| Radiometer | Graseby Optronics United Detection Technology (UDT) | Model S370 | |
| Research arc lamp housing and power supply | Newport | Model 66926 | |
| Spectral radiometer | PhotoResearch Inc | PR650 | |
| Trial lenses | Premier Ophthalmic Services | SKU: RE-15015 | |
| *Water bath | Two optical flats enclosing a cylindrical tube filled with water containing a small amount of formalin | ||
| Halometer: *Indicates handmade equipment | |||
| 1000 W xenon arc lamp | Same as above | ||
| Arc lamp power supply | Same as above | ||
| Breadboard optics table | Same as above | ||
| *Calipers | |||
| *Chin and forehead rest | |||
| Digital micrometer | Widely available | ||
| *Light shield | Must be able to serve as a baffle, equipped with a collapsible baffle, equipped with two movable apertures (2 mm each) | ||
| Plano-convex achromatic lens | Edmund's Optical | 200 mm Effective Focal Length |
References
- 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.
- 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.
- 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).
