מדידת ההשפעות ההתנהגותיות של פיזור תוך עיני
Summary
בפרוטוקול זה, אנו מתארים את אלמנטי העיצוב המושגיים ואת ההתפתחות המבנית של מנגנון חדות בוהק. בנוסף, מתואר עיצוב של מכשיר למדידת דיספורטופזיה חיובית (הילה, חישורים) וסף אור של שתי נקודות.
Abstract
פיזור תוך עיני, עם הביטויים התפקודיים הקשורים אליו, הוא גורם מוביל לתאונות רכב וסמן ביולוגי משמעותי של מחלות עיניים סמויות וגלויות (למשל, מחלות הקרנית והעדשה). כמעט כל השיטות הנוכחיות למדידת ההשלכות ההתנהגותיות של פיזור האור, לעומת זאת, סובלות ממגבלות שונות המשקפות בעיקר חוסר מבנה ותוקף תוכן: כדי שנינות, האמצעים אינם משקפים כראוי את תנאי העולם האמיתי (למשל, אור מלאכותי לעומת אור שמש) או משימות יומיומיות (למשל, הכרה בתנאים תובעניים מבחינה חזותית).
פרוטוקול זה מתאר שתי שיטות חדשניות, תקפות מבחינה אקולוגית למדידת ההשפעות ההתנהגותיות של פיזור תוך עיני על ידי כימות גיאומטריית פיזור וזיהוי חזותי בתנאי בוהק. הראשון נמדד על ידי הערכת קוטר ההילה והחישורים שנבעו ממקור נקודתי. התפשטות האור (למעשה, פונקציית התפשטות הנקודות שנקבעה באמצעות קריטריוני ריילי) כותמה על ידי קביעת המרחק המינימלי הניתן לתפיסה בין שתי נקודות קטנות של אור פס רחב. זה האחרון נעשה על סמך זיהוי של אותיות שנוצרו באמצעות פתחים שדרכם אור בהיר זרח.
Introduction
בוהק מוגדר בדרך כלל כהשפלה של בהירות אופטית הנובעת מפיזור תוך עיני בתוך התקשורת העין. פיזור זה מעוות את ייצוג התמונה ברשתית ומייצר תיאור מופרע של הסצנה החזותית. רוב התאונות הגדולות הקשורות בוהק לקרות בשל פיזור תוך עיני בשעות היום הנגרמת על ידי השמש1. מקור זה פירושו כי שעה ביום ובעונה (מיקום סולארי) הם משתנים משמעותיים, כמו גם את גיל הנהג2,3. בהתחשב בחשיבות הבוהק כעניין של בטיחות, היו מספר מחקרים מתודולוגיים המתמקדים במכשירים (בעיקר מסחריים) לבדיקת הבדלים בודדים וקבוצתיים4. לעתים קרובות, זה בא לידי ביטוי כמו אורות בהירים (בדרך כלל הלוגנים או פלואורסצנטים) סביב תרשים חדות או סורגים. בהתאם למאפייני הפרט (למשל, פיגמנטציה עינית, צפיפות עדשה)5, האורות המתעללים גורמים להיראה ערמומית הפוגעת בביצועים. בהתחלה, נראה שלמשימות האלה יש תוקף פנים גבוה. כפי שמודגם באיור 1א,ב’, הגדלת הפיזור אכן מסווה ישירות אובייקטים, והבדיקות הזמינות אכן לוכדות שונות המיוחסת לעוצמת מקור הבוהק והמאפיינים האישיים. עם זאת, הבדיקות יש כמהחסרונות 6 ולהשאיר היבטים חשובים רבים של פיזור ללא הערכה. הראשון, והברור ביותר, הוא פשוט שמקור הבוהק הנפוץ ביותר בחיי היומיום הוא השמש.
פיזור בתוך העין יש תלות מורכבת אורך גל כי הוא מורכב על ידי גיל פיגמנטציה עינית7. במידה שבה מבחן סוטה ממקור טבעי זה, יכולתו לחזות תפקוד חזותי בנסיבות אלה עשויה להיות מוגבלת. בדיקות נפוצות משתמשות בדיודות פולטת אור לבן (נוריות) או הלוגנים המותקנים בצד. במחקר מוקדם של 2,422 נהגים אירופאים, ואן דן ברג ואח ‘ציין כי פיזור בתוך העין וחדות הראייה היו מנבאים עצמאיים יחסית של איכות החזון של הנבדק (פיזור וחדות לא היו מתואמים)4. בעולם האמיתי, לעומת זאת, הבוהק מגיע לעתים קרובות ישירות מהאובייקט הנצפה. מקור הבוהק עשוי להגיע מלמעלה (למשל, השמש) או מהצד (למשל, פנסי רכב), אך הזוהר ההינוי הוא ישירות בקו הראייה. במחקר זה ניסו החוקרים לטפל בשתי הבעיות הללו על ידי בחירת מקור אור שתואם באופן הדוק לאור השמש של הצהריים (איור 2),ועיצוב משימה שהתבססה על הכרה (לא רק גילוי) והיכן המשימה והלחץ האור היו, בו זמנית, בקו הראייה הישיר של הצופה.
בנוסף להינורה מעטה המפחיתה את חדות הראייה (מפוזרים לאורך קו הראייה), תנאים רבים משפיעים על הגיאומטריה בפועל של פיזור בתוך העין (כלומר, לא רק פיזור אור קדמי בתוך המקולה) ומשפילים את הראייה. זה מתואר על ידי המראה הנפוץ של הילה וחישורים (או כאשר דיסקופוטופזיה חיובית מתישה מספיק (PDP) (לדוגמה, ראו איור 3). PDP היא תופעת לוואי נפוצה אצל אנשים שעברו ניתוח מתקן LASIK8 בנוסף לאלה עם קטרקט (המכונה לעתים קרובות קלינית “בלתי נסבל” PDP9– דמוגרפיה זו כוללת כמחצית מהאוכלוסייה בגילאי 70 שנים ומעלה). PDP לעתים קרובות אינו מתוקן על ידי ניתוח קטרקט כמו הניתוח עצמו יוצר inhomogeneities בקרנית, הישיבה של השתל בתוך כמוסת העדשה אינה מושלמת, ועיצובי עדשה רבים, תוך טיפול בכמה נושאים כגון פרסביופיה, ליצור אחרים כגון התחזות והילה. לדוגמה, Buckhurst ואח ‘ הראה כי פיזור תוך עיני היה זהה בין עיצובים שונים של עדשה תוך עינית ברורה (IOL), אבל כי עדשות רב מוקדיות יצרו PDPמשמעותי 10.
ההאלומטר הראשון שנועד למדוד במדויק הילה חזותית / חישורים תואר בשנת 1924 על ידי רוברט אליוט. המכשיר היה למעשה מנורה בקופסה עם צמצם קטן וכלל שקופית (אפילו גרסאות קודמות השתמשו בציורים של האפקטים החזותיים של נרות). מספר וריאציות של נושא זה עקבו אחר9 עד שמכשיר בשם אסטון הלומטר הגיע סוף סוף לשוק. התקן זה10,11 מבוסס על נורית LED לבנה בהירה במרכז מחשב לוח (הנבדקים מזהים אותיות המקיפות את הטאבלט כאשר הן נעות בצנטריפוגלית בשלבים של 0.5°). כפי שצוין קודם לכן, אתגר אחד עם עיצוב זה הוא כי נורות LED לבנות אינם התאמה גדולה לשמש. אחר הוא פשוט כי המקור (LED יחיד) אינו בהיר מספיק כדי לגרום הילה משמעותית חישורי בוהק. החוקרים הטילו רדידים של איסור בנגטר (בעיקרו של דבר מפזר) כדי להגביר את פיזור האור (ולהפחית השתקפויות ספקולריות מפני השטח של הלוח). עם זאת, זה מסתכן לבלבל את המקור (כלומר, חלק גדול מהפיזור אז מגיע מהמפזר ולא מהאנומוגניות בתוך העין עצמה – המשתנה מאוד שצריך לכמת). העיצוב מחדש של הלומטר כולל מספר תכונות שנועדו לטפל בבעיות אלה. ראשית, הוא משתמש בקסנון רחב פס כסימולטור סולארי12 ומשתמש בשיטת הצמצם המקורית שהוצגה על ידי אליוט עם קליפרים ממורכזים בדיוק.
למגן האור היוצר את הצמצם המרכזי יש יתרון נוסף שניתן להפריד אותו לשני פתחים קטנים יותר שניתן להזיזם באיטיות זה מזה כדי למדוד את התפשטות האור (למעשה, פונקציית התפשטות נקודה נגזרת התנהגותית; ראו איור 4). עיצוב זה שימש כעת במספר מחקרים אחרונים כדי להעריך את המאפיינים האופטיים של עדשות מגע פוטוכרומיות13. יחד, מדידת קוטר ההילה והחישורים, המרחק המינימלי בין שני מקורות אור (התפשטות אור), וחדות בוהקת, מתייחס לא רק כי המטופל סובל בוהק באמצעות תנאי העולם האמיתי, אלא גם איך. ההשפעות ההתנהגותיות של פיזור האור בתוך העין אינן תופעה יחידה4,14,15. כל אחד מהמשתנים הללו מסביר היבט ייחודי יחסית של השונות בתפקוד החזותי. Halos, למשל, נובעים מפיזור אור קדמי הנובע בעיקר מהעדשה הגבישית. חישורים (ביסודו של דבר קורונה) נובעים מעקיפה וסלידה הנובעים מפיזור חלקיקים קטנים לאורך הנתיב האופטי14,16.
Protocol
Representative Results
Discussion
ההשלכות החזותיות של פיזור תוך עיני מוערכות לעתים קרובות כנכות בוהקת ואי נוחות17,18. שיטות אלה מתמקדות ישירות בתפקוד ובכאב קל המלווה אור עז, אך לא ישירות כיצד הוא משבית את הראייה. איך הוא גם חשוב, עם זאת, כי פיזור תוך עינית לא רק להשפיע על הראייה כאשר הוא אינטנסיבי. אפילו תמונה חזותית בעוצמה נמוכה (למשל, זוהר נמוך, מטרות ניגודיות נמוכה) יכולה להתפרק על-ידי פיזור אור. האופטיקההבסיסית 15 יכולה להיות מתוארת על ידי יחס סטרל, פונקציית התפשטות הנקודות או מדד דיפוזיה (בעיקר ללא תלות בזוהר). שיטה נוספת, יעילה גם בהיאור נמוך יותר (10 cd/m2 במערך זה), כוללת את מדידת ההפרדה של שני מקורות אור. אנשים עם פונקציית התפשטות נקודה רחבה יותר ידרשו הפרדה רבה יותר לפני ששתי נקודות אור קטנות ייראו שונות. שיטת הקריטריון של ריילי לכימות התפשטות של שני מקורות אור נקודה קטנה יש היסטוריה ארוכה19. במקרה הנוכחי, שיטה זו הותאמה כדי להגדיל את תוקפה האקולוגי (למשל, באמצעות קסנון לבן שדימה אור שמש של הצהריים).
איור 5 מציג ציור רעיוני של מערכת חדות הבוהק. בעיקרו של דבר, זה מתחיל עם מקור אור לבן בהיר המדמה אור שמש (נורות קסנון הם בדרך כלל בחירה טובה, 1000 וואט לספק עוצמה מספקת). אור מהמקור מקורר באמבט מים (שקוף לאור הנראה לעין) ולאחר מכן מופעל על ידי סדרה של עדשות הנושאות אור בקורות ממוקדות ומקולות. מסנן צפיפות ניטרלי מעגלי מחליל את האור המועבר לאחר מכן דרך צמצם בצורת אות. הנושא יושב במרחק קבוע מהגירוי המבודד (~ 7 מ ‘) ומסתכל על הגירוי בעין אחת בכל פעם (תנוחת עיניים קבועה על ידי עין). מה שהנושא רואה זו סדרה של אותיות שהן בעצמן מקור הבוהק. כאשר האור הוא אינטנסיבי מדי עבור נושא נתון, זיהוי נכון עקבי אינו אפשרי. ניתן להגדיר סף חדות בוהק באמצעות כל מספר של טכניקות פסיכופיזיות קלאסיות.
העיצוב הבסיסי של הלומטר דומה למכשיר חדות הבוהק המתואר לעיל ויכול להשתמש באותו מקור אור (קסנון אינטנסיבי) ובשולחן אופטי13. שני האלמנטים השונים הם הכנסת מגן אור המכיל צמצמים קטנים ותריסים מדויקים. הצמצם במגן האור בקוטר 4 מ”מ והוא מואר מאחור על ידי מקור האור. אור הרצועה הרחב העובר דרך החור הקטן הזה יוצר מקור נקודתי בהיר המתפשט (התבנית שנקבעה על ידי המאפיינים האופטיים של הצופה, כך שעבור חלק, הוא דובר יותר, לאחרים יש הילה מפוזרת יותר), ואת calipers משמשים למדידת גיאומטריה זו. ניתן לשבור את הצמצם 4 מ”מ במגן האור לשני צמצמים קטנים יותר (2 מ”מ כל אחד) שניתן להזיז לאט זה מזה עד שהתפשטות כל אחד מהם אינה חופפת. מרחק זה (במעקב על ידי מיקרומטר על מגן האור) משמש כפונקציית התפשטות הנקודות הנגזרת מבחינה התנהגותית (סף שתי נקודות).
קטרי ההילה (אור מפוזר סביב מקור הנקודה) וכוכב (קרניים קונצנטריות המקרינה כלפי חוץ ממקור הנקודה) נקבעו באמצעות שיטת הגבולות (במצבים עולים ויורדים). החוקר הזיז את מלתעות הקליפר (כלפי חוץ מהמרכז) עד שהנושא ציין שהמדריכים פשוט הקיפו את ההילה או את פרץ הכוכבים. בעת ביצוע האמצעים של שתי נקודות, שני הצמצמים הזעירים זזים לאט זה מזה (אופקית), והנושאים מציינים מתי ההתפשטות מכל נקודת אור אינה חופפת (למשל, כאשר הם תופסים לראשונה רווח שחור קטן בין שתי הנקודות). שרטוט טכני של המערכת תואר על ידי האמונד ואח’13.
מדידת האופן שבו האור מתפזר מנחה את אופי (ותיקון) הבעיה. התפרצויות כוכבים (חישורים היקפיים), הילה, נכות בוהק ואי נוחות לכולם יש מאפיינים אישיים. כאשר העין נפגעת על ידי הזדקנות,מחלה 9, או ניתוח 8 ,תופעותאופטיות אלה משתנות גם בדרכים שונות. הילות, למשל, נתפסות לעתים קרובות כהינומה הומוגנית יחסית, בעוד התפרצויות כוכבים נוטות לא להיות הומוגניות ולהשתרע לפריפריה. דפוס זה מוכח בבירור על ידי המונד ואח’13.
דפוסים שונים אלה מרמזים על הצורך בסוגים שונים שלתיקון 7. לדוגמה, פיגמנטים מקולריים (פיגמנטים צהובים מרוכזים במקולה) הוכחו כמועילים לתיקון בוהק מרכזי (הרעלת אור בקו הראייה)20. עם זאת, כמו פיגמנטים אלה נמצאים רק ב סביב גומה הרשתית, הם אינם משפיעים על פיזור האור מחוץ לאזור זה21. לשם כך, סינון בחלק הצידי יותר של העין רצוי כגון עם שימוש במשקפיים כהים22,עדשות מגע 13, או שתלים תוך עיניים23. כל הדברים שווים, אנשים עם חדות בוהק אופטימלית יכולים להבחין באותיות בעוצמות גבוהות בהרבה מאלה עם חדות בוהק ירודה.
מחקרים קודמים הראו גם כי מדדים של פיזור אור אינם תואמים היטב עם מדדים נמדדים יותר כגון חדות ראייה4. זה הניע את הפיתוח של שיטת פיזור אור כי היה סובב ישירות עם שיפוטי חדות (מקביל תרשים Snellen). שיטות קודמות התבססו על זיהוי או רזולוציה (למשל, ראיית פסים בודדים בתוך סורגים בתדר משתנה) בניגוד לזיהוי. עם זאת, חדות ההכרה, כמו צורות אחרות, תלויה בניגוד בין שני רכיבים בתוך תמונה. פיזור אור יכול לבזות את ההבדל הזה והיה המדד התלוי בהערכות חדות הבוהק הנוכחיות. כפי שניתן לראות מהתוצאות האמפיריות של המדגם הצעיר, ההומוגני ברובו, כל הדברים שווים, ישנם הבדלים אינדיבידואליים גדולים באופן שבו פיזור האור משפיע על תפקוד חזותי בתנאי העולם האמיתי.
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
המחברים רוצים להודות לד”ר שרה סיינט על עזרתה באיסוף נתוני ההלומטר.
Materials
| 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 | |
Riferimenti
- 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., Rumelt, S. Glare and ocular diseases. Causes and Coping with Visual Impairment and Blindness. , (2018).
- Coppens, J. E., Franssen, L., vanden Berg, T. J. Wavelength dependence of intraocular straylight. Experimental Eye Research. 82 (4), 688-692 (2006).
- Shah, M., Larson, B. Starburst phenomenon in wavefront-guided LASIK compared with conventional LASIK. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 46 (13), 4366 (2005).
- Babizhayev, M. A., Minasyan, H., Richer, S. P. Cataract halos: a driving hazard in aging populations. Implication of the Halometer DG test for assessment of intraocular light scatter. Applied Ergonomics. 40 (3), 545-553 (2009).
- Buckhurst, P. J., et al. Tablet app halometer for the assessment of dysphotopsia. Journal of Cataract & Refractive Surgery. 41 (11), 2424-2429 (2015).
- Buckhurst, P. J., et al. Assessment of dysphotopsia in pseudophakic subjects with multifocal intraocular lenses. BMJ Open Ophthalmology. 1 (1), (2017).
- Sayre, R. M., Cole, C., Billhimer, W., Stanfield, J., Ley, R. D. Spectral comparison of solar simulators and sunlight. Photodermatology, Photoimmunology & Photomedicine. 7 (4), 159-165 (1990).
- Hammond, B. R., et al. The effects of light scatter when using a photochromic vs. non-photochromic contact lens. Journal of Optometry. 13 (4), 227-234 (2020).
- Xu, R., et al. Psychophysical study of the optical origin of starbursts. Journal of the Optical Society of America. A. Optics, Image Science, and Vision. 36 (4), 97-102 (2019).
- Westheimer, G., Liang, J. Influence of ocular light scatter on the eye’s optical performance. Journal of the Optical Society of America. A. Optics, Image Science, and Vision. 12 (7), 1417-1424 (1995).
- vanden Berg, T. J., Hagenouw, M. P., Coppens, J. E. The ciliary corona: physical model and simulation of the fine needles radiating from point light sources. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 46 (7), 2627-2632 (2005).
- Aslam, T. M., Haider, D., Murray, I. J. Principles of disability glare measurement: an ophthalmological perspective. Acta Ophthalmologica Scandinavica. 85 (4), 354-360 (2007).
- Pierson, C., Wienold, J., Bodart, M. Review of factors influencing discomfort glare perception from daylight. Leukos. 14 (3), 111-148 (2018).
- Grimes, D. N., Thompson, B. J. Two-point resolution with partially coherent light. Journal of the Optical Society of America. 57 (11), 1330-1334 (1967).
- Hammond, B. R., Fletcher, L. M., Elliott, J. G. Glare disability, photostress recovery, and chromatic contrast: relation to macular pigment and serum lutein and zeaxanthin. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 54 (1), 476-481 (2013).
- Hammond, B. R., Sreenivasan, V., Suryakumar, R. The effects of blue light-filtering intraocular lenses on the protection and function of the visual system. Clinical Ophthalmology. 13, 2427-2438 (2019).
- Hammond, B. R. Attenuating photostress and glare disability in pseudophakic patients through the addition of a short-wave absorbing filter. Journal of Ophthalmology. 2015, 607635 (2015).
- Hammond, B., Renzi, L. M., Sachak, S., Brint, S. Contralateral comparison of blue-filtering and non-blue-filtering intraocular lenses: glare disability, heterochromatic contrast, and photostress recovery. Clinical Ophthalmology. 4, 1465-1473 (2010).
