Summary
В этом протоколе мы описываем концептуальные элементы проектирования и структурное развитие аппарата остроты бликов. Дополнительно описана конструкция прибора для измерения положительной дисфотопсии (ореолов, спиц) и двухточечных световых порогов.
Abstract
Внутриглазное рассеяние с его сопутствующими функциональными проявлениями является основной причиной автомобильных аварий и значительным биомаркером скрытых и явных глазных заболеваний (например, заболеваний роговицы и хрусталика). Однако почти все современные методы измерения поведенческих последствий рассеяния света страдают от различных ограничений, в основном отражающих отсутствие конструктивности и достоверности содержания: например, меры не адекватно отражают условия реального мира (например, искусственный свет против солнечного света) или повседневные задачи (например, распознавание в визуально сложных условиях).
Этот протокол описывает два новых, экологически обоснованных метода измерения поведенческих эффектов внутриглазного рассеяния путем количественной оценки геометрии рассеяния и визуального распознавания в условиях бликов. Первый был измерен путем оценки диаметра ореолов и спиц, которые были получены из источника яркой точки. Распространение света (по сути, функция точечного распространения, определяемая с использованием критериев Рэлея) была количественно определена путем определения минимального воспринимаемого расстояния между двумя небольшими точками широкополосного света. Последнее было сделано на основе идентификации букв, образованных с помощью отверстий, через которые светил яркий свет.
Introduction
Блики обычно определяются как ухудшение оптической ясности в результате внутриглазного рассеяния в глазной среде. Этот разброс искажает представление изображения на сетчатке и создает нарушенное изображение визуальной сцены. Большинство крупных аварий, связанных с бликами, происходят из-за дневного внутриглазного рассеяния, вызванного солнцем1. Это происхождение означает, что время суток и время года (солнечное положение) являются значительными переменными, а также возраст водителя2,3. Учитывая важность бликов как вопроса безопасности, было проведено несколько методологических исследований, ориентированных на (в основном коммерческие) устройства для тестирования индивидуальных и групповых различий4. Часто это проявляется в виде ярких огней (обычно галогенов или флуоресцентных), окружающих диаграмму остроты или решетки. В зависимости от характеристик человека (например, глазная пигментация, плотность линз)5,примыкающие огни вызывают завуалированную яркость, которая ухудшает производительность. На первый взгляд, эти задачи, казалось бы, имеют высокую валидность. Как показано на рисунке 1A,B,увеличение рассеяния непосредственно завуалирует объекты, а доступные тесты фиксируют дисперсию, связанную с интенсивностью источника бликов и личными характеристиками. Тем не менее, тесты имеют несколько недостатков6 и оставляют многие важные аспекты рассеяния неоцененными. Первый, и самый очевидный, заключается в том, что наиболее распространенным источником бликов в повседневной жизни является солнце.
Рассеяние внутри глаза имеет сложную зависимость от длины волны, которая усугубляется возрастом и глазной пигментацией7. В той степени, в какой тест отклоняется от этого естественного источника, его способность предсказывать зрительную функцию в этих обстоятельствах может быть ограничена. В общих тестах используются белые светодиоды (светодиоды) или боковые галогены. В раннем исследовании 2 422 европейских водителей ван ден Берг и др. отметили, что рассеяние в глазу и острота зрения были относительно независимыми предикторами качества зрения субъекта (рассеяние и острота не коррелировали)4. В реальном мире, однако, блики часто исходят непосредственно от рассматриваемого объекта. Источник бликов может исходить сверху (например, солнце) или сбоку (например, автомобильные фары), но завуалирование яркости находится непосредственно в прямой видимости. В этом исследовании ученые попытались решить обе эти проблемы, выбрав источник света, который близко соответствовал полуденному солнечному свету(рисунок 2),и разработав задачу, которая была основана на распознавании (а не просто обнаружении) и где задача и световое напряжение находились одновременно в прямой видимости зрителя.
В дополнение к завуалированной яркости, снижающей остроту зрения (рассеяние вдоль линии зрения), многие условия влияют на фактическую геометрию рассеяния внутри глаза (то есть не только прямого рассеяния света внутри макулы) и ухудшают зрение. Это описывается общим появлением ореолов и спиц (или, когда достаточно изнурительная, положительной дисфотопсией (PDP) (например, см. Рисунок 3). PDP является распространенным побочным эффектом у лиц, перенесших корректирурующей операцию LASIK8 в дополнение к людям с катарактой (часто упоминаемой клинически как «невыносимая» PDP9- эта демографическая группа включает примерно половину населения в возрасте 70 лет и старше). PDP часто не корректируется хирургией катаракты, поскольку сама операция создает неоднородности в роговице, сидение имплантата в капсуле хрусталика несовершенно, и многие конструкции линз, решая некоторые проблемы, такие как пресбиопия, создают другие, такие как спокинг и ореолы. Например, Buckhurst et al. показали, что интраокулярное рассеяние было одинаковым между различными конструкциями прозрачных интраокулярных линз (ИОЛ), но что мультифокальные линзы создавали значительный PDP10.
Первый халометр, предназначенный для точного измерения визуальных ореолов / спиц, был описан в 1924 году Робертом Эллиотом. Устройство представляло собой по сути лампу в коробке с небольшой диафрагмой и скользящей виражкой (еще в более ранних версиях использовались рисунки визуальных эффектов от свечей). Несколько вариаций этой темы последовализа 9, пока устройство под названием Aston Halometer, наконец, не вышло на рынок. Это устройство10,11 основанона ярком белом светодиоде в центре планшетного компьютера (испытуемые идентифицируют буквы, окружающие планшет, когда они движутся центробежно с шагом 0,5°). Как отмечалось ранее, одна из проблем с этим дизайном заключается в том, что белые светодиоды не очень хорошо подходят для солнца. Другой заключается в том, что источник (один светодиод) недостаточно яркий, чтобы вызвать значительные ореолы и блики спиц. Исследователи наложили фольгу Bangeter occlusion (по сути, диффузор), чтобы увеличить рассеяние света (и уменьшить зеркальные отражения от поверхности планшета). Однако это рискует запутать источник (т.е. большая часть рассеяния затем исходит от диффузора, а не от неоднородностей внутри самого глаза - той самой переменной, которая нуждается в количественной оценке). Редизайн халометра имеет несколько функций, предназначенных для решения этих проблем. Во-первых, он использует широкополосный ксенон в качестве солнечного симулятора12 и использует оригинальный метод апертуры, введенный Эллиотом с прецизионными суппортами.
Световой щит, который образует центральную диафрагму, имеет дополнительное преимущество, за исключением того, что он может быть разделен на две меньшие диафрагмы, которые можно медленно перемещать друг от друга для измерения распространения света (по сути, поведенчески производная функция точечного распространения; см. Рисунок 4). Эта конструкция в настоящее время используется в нескольких недавних исследованиях для оценки оптических характеристик фотохромных контактных линз13. Взятые вместе, измерение диаметра ореолов и спиц, минимального расстояния между двумя точечными источниками света (распространение света) и остроты бликов, решает не только то, что пациент страдает от бликов, используя условия реального мира, но и то, как. Поведенческие эффекты рассеяния света внутри глаза не являются единичным явлением4,14,15. Каждая из этих переменных объясняет относительно уникальный аспект дисперсии в зрительной функции. Гало, например, являются результатом прямого рассеяния света, возникающего в основном из хрусталика. Спицы (по существу цилиарная корона) проистекают из дифракции и аберраций, которые возникают в результате рассеяния мелких частиц вдоль оптического пути14,16.
Protocol
ПРИМЕЧАНИЕ: Процедуры, изложенные в следующем протоколе, соответствуют всем институциональным руководящим принципам, касающимся исследований человека. Это исследование было одобрено институциональным наблюдательным советом Университета Джорджии, и экспериментальные процедуры были проведены в соответствии с Руководством по надлежащей клинической практике и этическими принципами Хельсинкской декларации.
1. Конструирование аппарата остроты бликов
ПРИМЕЧАНИЕ: Концептуальный чертеж системы показан на рисунке 5.
- Начните с оптического стола и установите ксеноновую дуговую лампу мощностью 1000 Вт с соответствующим источником питания на заднем конце стенда (см. рисунок 5).
ПРИМЕЧАНИЕ: Лучшим выбором для оптического стола является макетная плата с сеткой монтажных отверстий, обычно резьба винта M6 на сетке 25 мм. Минимальный необходимый размер составляет ~91 см х 122 см. Одним из ограничений этих систем является то, что, если световой поток не является постоянным (внутри и между сеансами), небольшие вариации будут интерпретироваться как изменение поведенческих порогов. Следовательно, убедитесь, что блок питания строго регулируется оптическими датчиками обратной связи, чтобы обеспечить постоянную светоотдачу во время экспериментальных сессий и с течением времени. - Установите первую линзу в положение, которое коллимирует свет от источника (см. b на рисунке 5),и введите оптический элемент для удаления тепла внутри оптики, генерируемого интенсивным источником света(рисунок 5C).
ПРИМЕЧАНИЕ: Все линзы в системе представляют собой плано-выпуклые ахроматы с антибликовым покрытием. Эффективное фокусное расстояние составляет ~100 мм, а диаметр ~ 5 см (немного больше, чем выходная диафрагма источника света). Инфракрасные фильтры могут использоваться для отвода тепла, но они часто вторгаются в видимое. Водяная баня является хорошей альтернативой. В нынешней системе две оптические плоскости заключены в трубку, заполненную водой. - Введите следующую линзу (см. d на рисунке 5)в оптической системе для фокусировки света в небольшой точке на 100-миллиметровом круговом фильтре нейтральной плотности (см. e на рисунке 5),который отухает свет в линейном диапазоне около 2 логарифмических единиц оптической плотности. Определите номинальное положение фильтра с помощью цифрового считывания, связанного с потенциометром (см. j рисунка 5). Используйте калиброванный радиометр для определения фактического количества передаваемого света, соответствующего положению кругового фильтра, и для периодического подтверждения того, что общая энергия в системе остается постоянной в течение эксперимента.
ПРИМЕЧАНИЕ: Поскольку фильтрация выполняется по градиенту, свет должен быть сфокусирован на довольно небольшой площади (4-9 мм2)при прохождении через круговой фильтр (это положение также хорошо для сбивания с толку с использованием небольшой диафрагмы, которая пропускает только сфокусированный свет).- Используйте механический затвор или просто блокирующий фильтр и держатель, чтобы закрыть стимул между испытаниями (см. f рисунка 5).
- Добавьте в систему следующую линзу, коллиматорную линзу (см. g рисунка 5),размещенную таким образом, чтобы свет расширялся в соответствии с диаметром диафрагмы каждой буквы (10,16 см), полностью освещая оптотип (7,62 см).
- Постройте буквенные отверстия или приобретите их в виде металлических трафаретов: P, L, D, U, Z, E, T и F (см. h рисунка 5). Поместите буквенные отверстия в круговой ротатор (чтобы обеспечить легкое чередование букв) с подпружиненными языпцами и дивотами, чтобы зафиксировать каждую букву на месте, чтобы во время эксперимента не было движения колеса.
ПРИМЕЧАНИЕ: Буквенные отверстия были примерно 15 мм х 6 мм х 25 мм (~ 0,17 °), и были выбраны потому, что они являются классическими оптотипами Слоуна и примерно одинакового размера. В этой системе яркость, измеренная на буквенной диафрагме, составляла 4000 люкс; 40 люкс при измерении в плоскости глаза. - Затем сдвинуйте систему с толку таким образом, чтобы испытуемые могли видеть только буквенные отверстия с подсветкой (например, интенсивный свет, выходящий из буквы «Е»). Например, поместите оптику системы в одну комнату, а объект в соседней комнате. Расположите отверстие в дверном проеме, прилегающем к комнатам, и выровняйте его так, чтобы испытуемые не могли видеть экспериментатора или рассеянный свет. Если участник не может услышать инструкции экспериментатора, добавьте систему внутренней связи.
- Чтобы убедиться, что положение глаза относительно зрительной системы довольно точное, создайте некоторую форму головы и подбородка в сборе - используйте резиновую глазную чашку, установленную на черной трубке (обе установлены на подвижной тележке). Как сделано в этом протоколе, добавьте крепление за трубкой, чтобы обеспечить использование пробных линз для исправления ошибки преломления с использованием стандартизированных линз (т. Е. Без тонировки).
ПРИМЕЧАНИЕ: Использование пробных линз также позволит использовать стеклянную «заготовку» для обеспечения того, чтобы оптические эффекты тех, кто не нуждался в коррекции рефракции, соответствовали тем, кто нуждался в рефракционной корректировке оптики (см. i рисунка 5).- Кроме того, убедитесь, что станция просмотра защищена, чтобы она не перемещается между объектами. Используйте лазерный уровень, чтобы обеспечить выравнивание окуляра с оптикой (7 м от плоскости глаза).
2. Измерение остроты распознавания бликов
ПРИМЕЧАНИЕ: В начале экспериментального сеанса подтверждается, что все оптические элементы в системе выровнены, интенсивность света (без затухания) правильная, а глаз субъекта находится в правильном положении. Затем задача объясняется испытуемому (идентификация букв), и стимулы представляются в случайном порядке на разных уровнях интенсивности. Цель состоит в том, чтобы найти самую высокую интенсивность, с которой субъект все еще может правильно идентифицировать отдельные буквы (с фактическим порогом, определенным вероятностно при 75% правильном обнаружении, 6 правильных из 8).
- Используйте метод пределов (чтобы приблизиться к порогу), а затем постоянные стимулы, чтобы получить точное значение порога остроты распознавания бликов субъекта.
ПРИМЕЧАНИЕ: Существуют более точные психофизические методы (обнаружение сигнала, принудительный выбор), но этот метод использовался на основе количества мер и временных ограничений. - Используйте генератор случайных букв, чтобы организовать буквы на колесе в уникальный, случайный порядок. Используйте буквы для отверстий, которые обычно встречаются в других задачах распознавания (например, диаграмма Снеллена, буквы Слоуна).
ПРИМЕЧАНИЕ: Буквами, используемыми в настоящем методе, были P, L, D, U, Z, E, T и F. - Прежде чем начать протокол, объясните природу экспериментального задания, показав субъекту надпороголдерные раздражители. Убедитесь, что субъект знает, что задача довольно проста: можно ли увидеть букву или нет? Провести достаточно испытаний, чтобы сгенерировать психометрическую функцию, которая позволяет вывести точный вероятностный порог.
3. Конструирование устройства галометра
- Используйте те же шаги 1.1-1.2 при настройке таблицы оптики для этих мер. Убедитесь, что свет от источника освещает заднюю часть светового щита на достаточном пространстве (13-14 см), чтобы обеспечить разделение двух точек.
- Установите световой экран и убедитесь, что он служит в качестве перегородки, блокируя большую часть света, поступающего от источника света, чтобы объект просто видел свет, исходящий от диафрагмы, и содержал небольшую (~ 4 мм) диафрагму для измерения гало / спицы. Прикрепите цифровой микрометр к задней части светового щита, который будет использоваться для измерения физического разделения двух световых точек.
ПРИМЕЧАНИЕ: Отверстие должно быть изготовлено двумя примыкающими и подвижными отверстиями (по 2 мм каждое), а щит должен содержать складную перегородку таким образом, чтобы при разъединениях отверстий перегородка закрывала свет от прохождения между ними. - Чтобы поддерживать согласованность с этим протоколом, убедитесь, что светоотдача, измеренная на световом щите, составляет 10кд/м2.
- В соответствии со схемой(фиг.2)13,расположите центрирование суппортов в пространстве между световым щитом и испытуемым стабилизированным положением головы (простой подбородок и лоб). Убедитесь, что челюсти суппорта выровнены с отверстием 4 мм и ~13-14 см в высоту.
ПРИМЕЧАНИЕ: Полезно поместить некоторые отражающие материалы на стороне объекта, чтобы их можно было четко увидеть. Челюсти движутся одинаково от центра, а их положение обозначено шкалой Вернье. - Чтобы сохранить согласованность с установкой, используемой в этом протоколе, убедитесь, что световой экран составляет ~ 100 см, а суппорты - ~ 60 см от плоскости глаза субъекта.
- При проведении двухточечных мер используйте объектив с длинным фокусным расстоянием. Определите точное расположение этого конечного объектива на основе фокусного расстояния и расстояния от светового щита и плоскости глаза субъекта. Снимите этот объектив при выполнении мер по ореолу/спицами.
ПРИМЕЧАНИЕ: В этой установке использовалась 200-миллиметровая ахроматическая плосковыпуклая линза на расстоянии 18 см от плоскости глаза (это помещает глаз в фокусировку луча, но не в плоскости фокусировки, глаз находится перед конечной фокусной точкой). Это используется потому, что люди с очень хорошей остротой и низким рассеянием часто могут видеть две примыкающие небольшие точки света, даже когда они очень близки. Фокусирующий объектив заставит точки перекрываться и увеличивать расстояние, необходимое для различения двух точек. - Используйте стандарт отражения белого цвета, размещенный на глазу, и телескопический спектральный радиометр для измерения спектральной световой мощности, как радиометрически, так и фотометрически, чтобы гарантировать, что видимый спектр имеет желаемые характеристики (в данном случае смоделированный солнечный свет, рисунок 2). Чтобы чаще контролировать выход энергии с помощью высокочувствительного детектора, используйте обычный радиометр с фотоголовкой на основе кремния.
ПРИМЕЧАНИЕ: Такие приборы для измерения световой мощности дадут как спектральную форму кривой, так и фотометрические значения (измеренные в одном и том же положении у самого глаза).
4. Геометрия бликов
ПРИМЕЧАНИЕ: Перед тестированием испытуемым были предоставлены примеры появления гало и звездных вспышек в естественных сценах (см. Рисунок 3).
- Как только объект выровняется, перемещайте челюсти суппорта до тех пор, пока он просто не окружет гало, а затем пока он не будет только на внешней окружности звездопадов или спиц. Получите пороговое значение, усреднив спред с обоих направлений (от вхо к выходу и от выхода к вхою).
- При начале двухточечных мероприятий обеспечить максимальную близость двух отверстий 2 мм; Обратите внимание, что стимул будет проявляться как единая, яркая точка света. Медленно перемещайте две диафрагмы друг от друга, количественно измеряя расстояние с помощью цифрового микрометра, обращенного назад, с центром на диафрагмах. Из «нулевой точки» (примыкающих диафрагм) попросите испытуемых указать, когда разброс от каждой световой точки не перекрывается (обычно здесь хорошо работает одно направление).
- Поскольку некоторая ошибка может быть обнаружена, если объект становится неровным с системой, используйте камеру с небольшим отверстием (с инфракрасным излучением), чтобы глаз всегда оставался в правильном положении.
Representative Results
Для измерения остроты бликов были протестированы 20 молодых субъектов (средний возраст = 19 лет, стандартное отклонение (SD) = 1 год) с хорошей остротой. Результаты, показанные на рисунке 6, указывают на изменение количества букв, наблюдаемых на одном относительно ярком уровне интенсивности. Другой подход к анализу данных будет заключаться в использовании правильной идентификации для генерации психометрической функции с порогом, определяемым как 6 идентификаций из 8 (энергия на 75% правильной идентификации). Как показано на рисунке 6,существуют большие различия даже при тестировании здоровых молодых субъектов.
Данные измерения ореолов и спиц показаны на рисунке 7A,B и взяты из другой выборки из 23 молодых субъектов (средний возраст = 20 лет, SD = 4 года). Оба образца были набраны из студенческого населения в Университете Джорджии. Все эти испытуемые имели хорошую остроту (20/20) и/или корректировались с помощью прозрачных контактных линз. Также было измерено минимальное расстояние (мм), необходимое для разрешения двух точек света как отдельных (двухточечные пороговые значения здесь). Эти данные показаны на рисунке 8.
Как видно на рисунке 6, рисунке 7и рисунке 8,несмотря на то, что выборка была настолько однородной (состоящей из относительно молодых здоровых наблюдателей с хорошим зрением), наблюдались широкие различия в поведенческих показателях рассеяния. Это говорит о том, что стандартные клинические показатели зрительной функции (например, остроты) не могут количественно оценить многие визуальные атрибуты, которые, вероятно, влияют на зрительную производительность в реальных условиях.
Рисунок 1:Два ночных сценария вождения. (A)Минимальное внутриглазное рассеяние от фар автомобиля с хорошо видимым пешеходом на дороге. (B)Высокий внутриглазный разброс от фар автомобиля, заслоняющий пешехода на дороге. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 2:График, представляющий спектральное распределение полуденного солнечного света (красный), источник света ксеноно-дуговой лампы (черный) и высокояркий белый светодиодный источник (синий). Аббревиатура: LED = светодиод. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 3:Примеры симптомов PDP: спицы (крайний слева), ореолы (слева) и звездные вспышки (справа) и 2-точечное рассеяние света (крайний справа). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 4:Семантическое представление функции точечного разворота и визуальная иллюстрация фар автомобиля. Относительная энергия по оси y и угол обзора по оси x; наглядная иллюстрация того, как разделение между двумя яркими точками света (фарами) является поведенческой мерой ее ширины. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 5:Концептуальный рисунок системы остроты бликов. Компоненты включают (a) ксеноновый источник света, (b) коллиматорную линзу, (c) водяную баню, (d) фокусирующую линзу, (e) круговой фильтр (фильтр нейтральной плотности 100 мм), (f) держатель фильтра, (g) объектив, (h) буквенные диафрагмы в круговом вращающемся колесе, (i) коррекцию преломления (пробные линзы), (j) цифровое считывание кругового фильтрующего потенциометра. Сокращения: CL = коллиматорная линза; FL = фокусировка объектива; L = линза; TL = пробные линзы. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 6:Гистограмма, показывающая количество букв, которые каждый испытуемый смог определить, когда яркость стимула удерживалась на яркой константе (абсолютная энергия, 16 392кд/м2). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 7:Гистограмма, показывающая индивидуальные различия в выборке из 23 молодых, здоровых наблюдателей. (A) Индивидуальные различия в графике диаметра Halo. (B) Индивидуальные различия в графе диаматера Starburst. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 8:Гистограмма, показывающая минимальное расстояние, на котором две небольшие точки света не перекрываются (двухточечные пороги). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Discussion
Визуальные последствия внутриглазного рассеяния часто оцениваются как нарушение бликов и дискомфорт17,18. Эти методы фокусируются непосредственно на дисфункции и легкой боли, которая сопровождает интенсивный свет, но не непосредственно на том, как он отключает зрение. Однако также важно, потому что внутриглазное рассеяние влияет не только на зрение, когда оно интенсивное. Даже визуальное изображение низкой интенсивности (например, низкая яркость, низкоконтрастные мишени) может быть деградировано рассеянием света. Лежащая в основе оптика15 может быть описана отношением Штреля, функцией точечного спреда или индексом диффузии (в значительной степени независимо от яркости). Другой метод, эффективный даже при более низкой яркости (10кд/м2 в этой установке), включает в себя измерение разделения двух точечных источников света. Людям с функцией более широкого точечного распространения потребуется больше разделения, прежде чем две небольшие точки света будут казаться различимыми. Метод критерия Рэлея количественной оценки распространения двух малоточечных источников света имеет долгую историю19. В настоящем случае этот метод был адаптирован для повышения его экологической обоснованности (например, путем использования белого ксенона, который имитировал полуденный солнечный свет).
На рисунке 5 показан концептуальный рисунок системы остроты бликов. По сути, он начинается с яркого источника белого света, который имитирует солнечный свет (ксеноновые лампы, как правило, являются хорошим выбором, 1000 Вт обеспечивают достаточную интенсивность). Свет от источника охлаждается водяной баней (прозрачной для видимого света), а затем манипулируется серией линз, которые переносят свет в сфокусированных и коллимированных лучах. Круговой фильтр нейтральной плотности отухает свет, который затем проходит через буквенные отверстия. Субъект сидит на фиксированном расстоянии от изолированного стимула (~7 м) и рассматривает стимул одним глазом за раз (положение глаза, зафиксированное глазной чашкой). То, что видит субъект, представляет собой серию писем, которые сами по себе являются источником бликов. Когда свет слишком интенсивен для данного субъекта, последовательная правильная идентификация невозможна. Пороги остроты бликов могут быть определены с помощью любого количества классических психофизических техник.
Базовая конструкция халометра аналогична описанному выше устройству остроты бликов и может использовать тот же источник света (интенсивный ксенон) и оптическую таблицу13. Двумя элементами, которые отличаются, являются введение светового щита, который содержит небольшие подвижные отверстия и центрирование прецизионных суппортов. Отверстие в световом щите составляет 4 мм в диаметре и подсвеивается источником света. Широкополосный свет, проходящий через это небольшое отверстие, создает яркий точечный источник, который распространяется (рисунок определяется оптическими характеристиками наблюдателя, поэтому для одних он больше спиц, другие имеют более диффузное гало), и суппорты используются для измерения этой геометрии. 4-миллиметровая диафрагма в световом щите может быть разбита на две меньшие диафрагмы (по 2 мм каждая), которые можно медленно раздвигать, пока разброс каждого из них не будет перекрываться. Это расстояние (отслеживаемое микрометром на световом щите) используется в качестве поведенчески производной функции точечного распространения (двухточечные пороги).
Диаметры гало (рассеянный свет вокруг точечного источника) и звездопад (концентрические лучи, излучаемые наружу от точечного источника) определяли методом пределов (в восходящем и нисходящем режимах). Исследователь двигал челюстями суппорта (наружу от центра), пока испытуемый не указал, что направляющие просто окружают гало или звездопад. При проведении двухточечных мер две крошечные примыкающие апертуры медленно перемещаются друг от друга (горизонтально), и субъекты указывают, когда распространение от каждой световой точки не перекрывается (например, когда они впервые воспринимают небольшое черное пространство между двумя точками). Техническая схема системы была описана Hammond et al.13.
Измерение способа рассеяния света инструктирует о характере (и коррекции) проблемы. Звездопады (периферические спицы), ореолы, а также блики, инвалидность и дискомфорт имеют индивидуальные особенности. Когда глаз скомпрометирован старением, болезнью9или операцией8,эти оптические явления также меняются по-разному. Гало, например, часто рассматриваются как относительно однородная завеса, тогда как звездопады, как правило, не однородны и распространяются на периферию. Эта закономерность ясно демонстрируется Hammond et al.13.
Эти различные паттерны подразумевают необходимость различных типов коррекции7. Например, было показано, что макулярные пигменты (желтые пигменты, сконцентрированные в макуле) полезны для коррекции центрального блика (световая завеса в линии видимости)20. Однако, поскольку эти пигменты находятся только в ямке сетчатки и вокруг нее, они не влияют на рассеяние света за пределами этойобласти 21. Для этой цели желательна фильтрация в более передней части глаза, например, с использованием тонированныхочков 22,контактных линз13или интраокулярных имплантатов23. При прочих равных условиях люди с оптимальной остротой бликов могут различать буквы с гораздо большей интенсивностью, чем люди с плохой остротой бликов.
Прошлые исследования также показали, что меры рассеяния света плохо коррелируют с более часто измеряемыми показателями, такими как остротазрения 4. Это мотивировало разработку метода рассеяния света, который был спутан непосредственно с суждениями о остроте (аналогично диаграмме Снеллена). Предыдущие методы были основаны на обнаружении или разрешении (например, на вид отдельных стержнях в решетках различной частоты), а не на распознавании. Однако острота распознавания, как и другие формы, зависит от контраста между двумя элементами в изображении. Рассеяние света может ухудшить эту разницу и было зависимой мерой в нынешних оценках остроты бликов. Как показали эмпирические результаты этой молодой, в значительной степени однородной выборки, при прочих равных условиях, существуют большие индивидуальные различия в том, как визуальные эффекты рассеяния света функционируют в условиях реального мира.
Disclosures
Авторам нечего раскрывать.
Acknowledgments
Авторы хотели бы поблагодарить д-ра Сару Сэйнт за ее помощь в сборе данных галометра.
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).
