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행동분석학

Messung der Verhaltenseffekte der intraokularen Streuung

Published: February 18, 2021
doi:
10.3791/62290
,
1Vision Sciences Laboratory, UGA Psychology Department,University of Georgia

Summary

In diesem Protokoll skizzieren wir die konzeptionellen Gestaltungselemente und die strukturelle Entwicklung eines Blendschärfeapparates. Zusätzlich wird das Design eines Gerätes zur Messung positiver Dysphotopsie (Halos, Speichen) und Zweipunkt-Lichtschwellen beschrieben.

Abstract

Die intraokulare Streuung mit ihren damit verbundenen funktionellen Manifestationen ist eine der Hauptursachen für Autounfälle und ein signifikanter Biomarker für verdeckte und verdeckte Augenerkrankungen (z. B. Erkrankungen der Hornhaut und der Linse). Fast alle aktuellen Methoden zur Messung der Verhaltensfolgen der Lichtstreuung leiden jedoch unter verschiedenen Einschränkungen, die meist auf einen Mangel an Konstrukt- und Inhaltsvalidität zurückzuführen sind: Die Maßnahmen spiegeln die realen Bedingungen (z. B. künstliches Licht vs. Sonnenlicht) oder alltägliche Aufgaben (z. B. Erkennung unter visuell anspruchsvollen Bedingungen) nicht angemessen wider.

Dieses Protokoll beschreibt zwei neuartige, ökologisch valide Methoden zur Messung der Verhaltenseffekte der intraokularen Streuung durch Quantifizierung der Streugeometrie und der visuellen Erkennung unter Blendbedingungen. Ersteres wurde gemessen, indem der Durchmesser von Halos und Speichen bewertet wurde, die aus einer hellen Punktquelle resultierten. Die Lichtstreuung (im Wesentlichen die nach Rayleigh-Kriterien ermittelte Punktspreizfunktion) wurde quantifiziert, indem der minimale erkennbare Abstand zwischen zwei kleinen Punkten des breitbandigen Lichts bestimmt wurde. Letzteres geschah auf der Grundlage der Identifizierung von Buchstaben, die mit Blenden gebildet wurden, durch die helles Licht gestrahlt wurde.

Introduction

Blendung wird allgemein als eine Verschlechterung der optischen Klarheit definiert, die sich aus der intraokularen Streuung innerhalb des Augenmediums ergibt. Diese Streuung verzerrt die Darstellung des Bildes auf der Netzhaut und erzeugt eine gestörte Darstellung der visuellen Szene. Die meisten schweren Unfälle im Zusammenhang mit Blendung passieren aufgrund der durch die Sonne verursachten intraokularen Streuung am Tag1. Dieser Ursprung bedeutet, dass Tageszeit und Jahreszeit (Sonnenstand) signifikante Variablen sind, ebenso wie das Alter des Fahrers2,3. Angesichts der Bedeutung von Blendung als Sicherheitsfrage gab es mehrere methodische Studien, die sich auf (meist kommerzielle) Geräte zum Testen von Einzel- und Gruppenunterschieden konzentrierten4. Oft manifestiert sich dies als helles Licht (typischerweise Halogene oder Leuchtstofflampen), das eine Schärfekarte oder Gitter umgibt. Abhängig von den Eigenschaften des Individuums (z. B. Augenpigmentierung, Linsendichte)5verursachen die anfallenden Lichter eine verschleiernde Leuchtdichte, die die Leistung beeinträchtigt. Auf den ersten Blick scheinen diese Aufgaben eine hohe Gesichtsvalidität zu haben. Wie in Abbildung 1A, Bdargestellt, verschleiert die zunehmende Streuung direkt Objekte, und die verfügbaren Tests erfassen Varianzen, die auf die Intensität der Blendquelle und persönliche Eigenschaften zurückzuführen sind. Die Tests haben jedoch mehrere Nachteile6 und lassen viele wichtige Aspekte der Streuung unbewertet. Die erste und offensichtlichste ist einfach, dass die häufigste Blendquelle im Alltag die Sonne ist.

Die Streuung im Auge hat eine komplexe Abhängigkeit von der Wellenlänge, die durch Alter und Augenpigmentierung7 zusammengesetztwird. In dem Maße, in dem ein Test von dieser natürlichen Quelle abweicht, kann seine Fähigkeit, die sehliche Funktion unter diesen Umständen vorherzusagen, eingeschränkt sein. Gängige Tests verwenden weiße Leuchtdioden (LEDs) oder seitlich montierte Halogene. In einer frühen Studie mit 2.422 europäischen Fahrern stellten van den Berg et al. fest, dass die Streuung im Auge und die Sehschärfe relativ unabhängige Prädiktoren für die Qualität des Sehvermögens eines Probanden waren (Streuung und Schärfe waren nicht korreliert)4. In der realen Welt kommt die Blendung jedoch oft direkt vom betrachteten Objekt. Die Blendquelle kann von oben (z. B. die Sonne) oder von der Seite (z. B. Autoscheinwerfer) kommen, aber die verschleiernde Leuchtdichte liegt direkt in der Sichtlinie. In dieser Studie versuchten die Forscher, beide Probleme anzugehen, indem sie eine Lichtquelle auswählten, die dem Mittagssonnenlicht nahe kam (Abbildung 2), und eine Aufgabe entwarfen, die auf Erkennung (nicht nur Erkennung) basierte und bei der Aufgabe und Lichtstress gleichzeitig in der direkten Sichtlinie des Betrachters standen.

Neben der Verschleierung der Leuchtdichte, die die Sehschärfe reduziert (Streuung entlang der Sichtlinie), beeinflussen viele Bedingungen die tatsächliche Geometrie der Streuung im Auge (dh nicht nur die Vorwärtslichtstreuung innerhalb der Makula) und verschlechtern das Sehvermögen. Dies wird durch das häufige Auftreten von Halos und Speichen (oder bei ausreichend schwächender positiver Dysphotopsie (PDP) beschrieben (Beispiele siehe Abbildung 3). PDP ist eine häufige Nebenwirkung bei Personen, die eine LASIK-Korrekturoperation8 zusätzlich zu denen mit Katarakt hatten (oft klinisch als “unerträglich” PDP9bezeichnet – diese demografische Gruppe umfasst etwa die Hälfte der Bevölkerung im Alter von 70 Jahren und älter). PDP wird oft nicht durch Kataraktchirurgie korrigiert, da die Operation selbst Inhomogenitäten in der Hornhaut erzeugt, das Sitzen des Implantats in der Linsenkapsel unvollkommen ist und viele Linsendesigns, während sie einige Probleme wie Presbyopie angehen, andere wie Spoking und Halos erzeugen. Zum Beispiel zeigten Buckhurst et al., dass die intraokulare Streuung zwischen verschiedenen Designs von klaren Intraokularlinsen (IOL) gleich war, aber dass multifokale Linsen signifikante PDP10erzeugten.

Das erste Halometer zur präzisen Messung visueller Halos/Speichen wurde 1924 von Robert Elliot beschrieben. Das Gerät war im Wesentlichen eine Lampe in einer Box mit einer kleinen Öffnung und einem Rechenschieber (auch frühere Versionen verwendeten Zeichnungen der visuellen Effekte von Kerzen). Mehrere Variationen dieses Themas folgten9, bis ein Gerät namens Aston Halometer schließlich auf den Markt kam. Dieses Gerät10,11 basiert auf einer hellweißen LED in der Mitte eines Tablet-Computers (Probanden identifizieren Buchstaben, die das Tablet umgeben, wenn sie sich in 0,5° -Schritten zentrifugal bewegen). Wie bereits erwähnt, besteht eine Herausforderung bei diesem Design darin, dass weiße LEDs nicht gut zur Sonne passen. Eine andere ist einfach, dass die Quelle (eine einzelne LED) nicht hell genug ist, um signifikante Halos und Blendspeichen zu induzieren. Die Forscher setzten Bangeter-Okklusionsfolien (im Wesentlichen ein Diffusor) ein, um die Lichtstreuung zu erhöhen (und spiegelnde Reflexionen von der Oberfläche der Tablette zu verringern). Dies birgt jedoch die Gefahr, dass die Quelle verwirrt wird (d. H. Ein Großteil der Streuung kommt dann vom Diffusor und nicht von den Inhomogenitäten im Auge selbst – der Variablen, die quantifiziert werden muss). Das Redesign des Halometers verfügt über mehrere Funktionen, die diese Probleme beheben sollen. Erstens verwendet es Breitband-Xenon als Sonnensimulator12 und verwendet die ursprüngliche Blendenmethode, die von Elliot mit präzisionszentrierten Bremssätteln eingeführt wurde.

Der Lichtschild, der die zentrale Blende bildet, hat den zusätzlichen Vorteil, dass er in zwei kleinere Blenden unterteilt werden kann, die langsam auseinander bewegt werden können, um die Lichtausbreitung zu messen (im Wesentlichen eine verhaltensbedingte Punktspreizfunktion; siehe Abbildung 4). Dieses Design wurde nun in mehreren neueren Studien verwendet, um die optischen Eigenschaften photochromer Kontaktlinsen zu bewerten13. Zusammengenommen berücksichtigt die Messung des Durchmessers von Halos und Speichen, des minimalen Abstands zwischen zwei Punktlichtquellen (Lichtstreuung) und der Blendschärfe nicht nur, dass ein Patient unter realen Bedingungen unter Blendung leidet, sondern auch wie. Die Verhaltenseffekte der Lichtstreuung im Auge sind kein einheitliches Phänomen4,14,15. Jede dieser Variablen erklärt einen relativ einzigartigen Aspekt der Varianz der visuellen Funktion. Halos zum Beispiel entstehen durch Vorwärtslichtstreuung, die hauptsächlich von der kristallinen Linse ausgeht. Speichen (im Wesentlichen Ziliarkorona) stammen von Beugungen und Aberrationen, die durch kleine Partikelstreuung entlang des optischen Pfades14,16entstehen.

Protocol

HINWEIS: Die im folgenden Protokoll beschriebenen Verfahren entsprechen allen institutionellen Richtlinien in Bezug auf die Forschung von Menschen. Diese Studie wurde vom Institutional Review Board der University of Georgia genehmigt, und die experimentellen Verfahren wurden in Übereinstimmung mit den Good Clinical Practice Guidelines und den ethischen Prinzipien der Deklaration von Helsinki durchgeführt. 1. Konstruktion des Blendungsapparates HINWEIS: Eine konzeptionelle Zeichnung des Systems ist in Abbildung 5 dargestellt. Beginnen Sie mit einem optischen Tisch und installieren Sie eine 1000-W-Xenon-Bogenlampe mit der zugehörigen Stromversorgung am hinteren Ende der Bank (siehe a von Abbildung 5).HINWEIS: Die beste Wahl für einen optischen Tisch ist ein Steckbrett mit einem Gitter von Montagelöchern, üblicherweise das M6-Schraubgewinde auf einem 25-mm-Gitter. Die erforderliche Mindestgröße beträgt ~91 cm x 122 cm. Eine Einschränkung bei diesen Systemen besteht darin, dass, wenn die Lichtleistung nicht konstant ist (innerhalb und über Sitzungen hinweg), kleine Variationen als Variation der Verhaltensschwellen interpretiert werden. Stellen Sie daher sicher, dass die Stromversorgung mit optischen Rückkopplungssensoren stark reguliert wird, um eine konstante Lichtleistung während der experimentellen Sitzungen und im Laufe der Zeit zu gewährleisten. Installieren Sie die erste Linse an einer Position, die das Licht von der Quelle kollimiert (siehe Abbildung 5 b), und führen Sie ein optisches Element ein, um Wärme in die von der intensiven Lichtquelle erzeugte Optik zu entfernen (Abbildung 5C).HINWEIS: Alle Linsen innerhalb des Systems sind plankonvexe Achromate mit Antireflexbeschichtung. Die effektive Brennweite beträgt ~100 mm und der Durchmesser beträgt ~5 cm (etwas größer als die Austrittsöffnung der Lichtquelle). Infrarotfilter könnten verwendet werden, um Wärme abzusetzen, aber sie dringen oft in das Sichtbare ein. Ein Wasserbad ist eine schöne Alternative. Im aktuellen System umschlossen zwei optische Flats ein mit Wasser gefülltes Rohr. Führen Sie die nächste Linse (siehe d von Abbildung 5)innerhalb des optischen Systems ein, um das Licht auf einen kleinen Punkt auf dem kreisförmigen 100-mm-Neutraldichtefilter (siehe e von Abbildung 5)zu fokussieren, der das Licht über einen linearen Bereich von etwa 2 log-Einheiten optischer Dichte dämpft. Bestimmen Sie die Nennposition des Filters mithilfe einer digitalen Auslesung, die mit einem Potentiometer gekoppelt ist (siehe j in Abbildung 5). Verwenden Sie ein kalibriertes Radiometer, um die tatsächliche Lichtmenge zu bestimmen, die der Position des kreisförmigen Filters entspricht, und um periodisch zu bestätigen, dass die Gesamtenergie innerhalb des Systems im Laufe des Experiments konstant bleibt.HINWEIS: Da die Filterung über einen Farbverlauf erfolgt, muss das Licht auf einen relativ kleinen Bereich (4-9 mm2)fokussiert werden, wenn es durch den kreisförmigen Filter geht (diese Position eignet sich auch zum Verblüffen mit einer kleinen Blende, die nur das fokussierte Licht passiert). Verwenden Sie einen mechanischen Verschluss oder einfach einen Blockierenden Filter und Halter, um den Reiz zwischen den Versuchen zu verschließen (siehe f von Abbildung 5). Fügen Sie dem System das nächste Objektiv hinzu, ein Kollimationsobjektiv (siehe g von Abbildung 5),das so platziert ist, dass sich das Licht so ausdehnt, dass es dem Durchmesser jeder Buchstabenöffnung (10,16 cm) entspricht und den Optotyp (7,62 cm) vollständig ausleuchtet. Konstruieren Sie die Buchstabenöffnungen oder kaufen Sie sie als Metallschablonen: P, L, D, U, Z, E, T und F (siehe h in Abbildung 5). Platzieren Sie die Buchstabenöffnungen in einem kreisförmigen Rotator (um einen einfachen Wechsel zwischen den Buchstaben zu ermöglichen) mit federbelasteten Laschen und Divots, um jeden Buchstaben an Ort und Stelle zu verriegeln, so dass das Rad während des Experiments nicht verändert wird.HINWEIS: Die Buchstabenöffnungen waren ungefähr 15 mm x 6 mm x 25 mm (~ 0,17 °) und wurden gewählt, weil sie klassische Sloan-Optotypen und ungefähr die gleiche Größe haben. In diesem System betrug die an der Buchstabenöffnung gemessene Leuchtdichte 4000 Lux; 40 Lux bei Messung auf Augenhöhe. Als nächstes verblüffen Sie das System so, dass die Probanden nur die hinterleuchteten Buchstabenöffnungen sehen können (z. B. das intensive Licht, das aus einem “E” kommt). Platzieren Sie beispielsweise die Optik des Systems in einem Raum mit dem Motiv in einem Nebenraum. Positionieren Sie ein Loch in der Tür, die an die Räume angrenkt, und richten Sie es so aus, dass die Probanden den Experimentator oder das Streulicht nicht sehen können. Sollte der Teilnehmer die Anweisungen des Experimentatores nicht hören können, fügen Sie eine Gegensprechanlage hinzu. Um sicherzustellen, dass die Position des Auges relativ zum visuellen System ziemlich genau ist, erstellen Sie eine Form von Kopf- und Kinnstütze – verwenden Sie eine Gummiaugenmuschel, die auf einem schwarzen Schlauch montiert ist (beide auf einem beweglichen Wagen montiert). Wie in diesem Protokoll geschehen, fügen Sie eine Halterung hinter der Röhre hinzu, um die Verwendung von Testlinsen zu ermöglichen, um Brechungsfehler mit standardisierten Linsen zu korrigieren (dh keine Tönung).HINWEIS: Die Verwendung von Versuchslinsen ermöglicht auch die Verwendung eines Glasrohlings, um sicherzustellen, dass die optischen Effekte derjenigen, die keine brechungsaktive Korrektur benötigen, mit denen übereinstimmen, die eine refraktive Korrekturoptik benötigen (siehe i von Abbildung 5). Stellen Sie außerdem sicher, dass die Sichtstation so gesichert ist, dass sie sich nicht zwischen den Motiven bewegt. Verwenden Sie eine Laserebene, um die Ausrichtung des Okulars mit der Optik sicherzustellen (7 m von der Augenhöhe). 2. Messung der Blenderkennungsschärfe HINWEIS: Zu Beginn einer experimentellen Sitzung wird bestätigt, dass alle optischen Elemente innerhalb des Systems ausgerichtet sind, die Lichtintensität (ohne Dämpfung) korrekt ist und sich das Auge des Probanden in der richtigen Position befindet. Anschließend wird dem Subjekt die Aufgabe erklärt (Buchstabenidentifikation), und die Reize werden in zufälliger Reihenfolge mit unterschiedlicher Intensität dargestellt. Ziel ist es, die höchste Intensität zu finden, mit der ein Subjekt einzelne Buchstaben noch korrekt identifizieren kann (wobei der tatsächliche Schwellenwert wahrscheinlich bei 75% korrekter Erkennung definiert ist, 6 von 8 korrekt). Verwenden Sie die Methode der Grenzwerte (um sich dem Schwellenwert zu nähern) und dann konstante Reize, um einen genauen Wert der Blenderkennungsschärfeschwelle des Subjekts zu erhalten.HINWEIS: Es gibt genauere psychophysische Methoden (Signalerkennung, erzwungene Wahl), aber diese Methode wurde basierend auf der Anzahl der Maßnahmen und Zeitbeschränkungen verwendet. Verwenden Sie einen Zufallsbuchstabengenerator, um die Buchstaben auf dem Rad in einer eindeutigen, zufälligen Reihenfolge zu organisieren. Verwenden Sie Buchstaben für die Blenden, die häufig in anderen Erkennungsaufgaben zu finden sind (z. B. Snellen-Diagramm, Sloan-Buchstaben).HINWEIS: Die in der vorliegenden Methode verwendeten Buchstaben waren P, L, D, U, Z, E, T und F. Bevor Sie mit dem Protokoll beginnen, erklären Sie die Art der experimentellen Aufgabe, indem Sie dem Subjekt übergeordnete Reize zeigen. Stellen Sie sicher, dass das Subjekt weiß, dass die Aufgabe ziemlich einfach ist: Kann der Brief gesehen werden oder nicht? Führen Sie genügend Versuche durch, um eine psychometrische Funktion zu generieren, die die Ableitung einer genauen probabilistischen Schwelle ermöglicht. 3. Aufbau des Halometer-Geräts Verwenden Sie die gleichen Schritte 1.1-1.2 beim Einrichten der Optiktabelle für diese Messungen. Stellen Sie sicher, dass das Licht von der Quelle die Rückseite des Lichtschildes über einen ausreichenden Raum (13-14 cm) beleuchtet, um eine Trennung der beiden Punkte zu ermöglichen. Installieren Sie den Lichtschild und stellen Sie sicher, dass er als Schallwand dient, indem Sie den größten Teil des Lichts blockieren, das von der Lichtquelle kommt, so dass das Motiv nur das Licht sieht, das von der Blende kommt und eine kleine (~ 4 mm) Blende für die Halo / Speichen-Messungen enthält. Befestigen Sie ein digitales Mikrometer auf der Rückseite des Lichtschildes, um die physikalische Trennung der beiden Lichtpunkte zu messen.HINWEIS: Die Blende muss durch zwei anlagernden und beweglichen Öffnungen (jeweils 2 mm) erzeugt werden, und die Abschirmung muss eine zusammenklappbare Schallwand enthalten, so dass die Schallwand beim Auseinanderfahren der Öffnungen das Licht verdeckt, das zwischen ihnen hindurchgeht. Um die Konsistenz mit diesem Protokoll aufrechtzuerhalten, stellen Sie sicher, dass die am Lichtschild gemessene Lichtleistung 10 cd/m2 beträgt. Gemäß dem Schema (Abbildung 2)13platzieren Sie die Zentrierungssättel im Raum zwischen dem Lichtschild und der stabilisierten Kopfposition der Probanden (eine einfache Kinn- und Stirnstütze). Stellen Sie sicher, dass die Backen des Bremssattels mit der Öffnung von 4 mm und ~13-14 cm Höhe ausgerichtet sind.HINWEIS: Es ist hilfreich, etwas reflektierendes Material auf die Motivseite zu legen, damit es deutlich zu sehen ist. Die Kiefer bewegen sich gleichmäßig von der Mitte aus, und ihre Position wird durch eine Vernier-Skala angezeigt. Um die Konsistenz mit dem in diesem Protokoll verwendeten Setup aufrechtzuerhalten, stellen Sie sicher, dass der Lichtschild ~ 100 cm und die Bremssättel ~ 60 cm von der Ebene des Auges des Subjekts entfernt sind. Verwenden Sie bei den Zweipunktmessungen ein Objektiv mit langer Brennweite. Bestimmen Sie die genaue Platzierung dieses endgültigen Objektivs basierend auf der Brennweite und dem Abstand vom Lichtschild und der Ebene des Auges des Motivs. Entfernen Sie diese Linse, wenn Sie die Halo-/Speichenmessungen durchführen.HINWEIS: Bei diesem Setup wurde eine 200 mm achromatische plankonvexe Linse 18 cm von der Ebene des Auges verwendet (dies platziert das Auge im Fokussierungsstrahl, aber nicht in der Fokussierungsebene, das Auge befindet sich vor dem letzten Brennpunkt). Dies wird verwendet, weil Personen mit sehr guter Schärfe und geringer Streuung oft zwei angrenzende kleine Lichtpunkte sehen können, selbst wenn sie sehr nahe beieinander liegen. Die Fokussierungslinse bewirkt, dass sich die Punkte überlappen und den Abstand vergrößern, der zur Unterscheidung von zwei Punkten erforderlich ist. Verwenden Sie einen weißen Reflexionsstandard am Auge und ein teleskopierbares Spektralradiometer, um die spektrale Lichtleistung sowohl radiometrisch als auch photometrisch zu messen, um sicherzustellen, dass das sichtbare Spektrum die gewünschten Eigenschaften aufweist (in diesem Fall simuliertes Sonnenlicht, Abbildung 2). Um die Energieabgabe häufiger und mit einem hochempfindlichen Detektor zu überwachen, verwenden Sie ein normales Radiometer mit einem Silizium-basierten Fotokopf.HINWEIS: Solche Lichtausgangsmessgeräte liefern sowohl die spektrale Form der Kurve als auch photometrische Werte (gemessen in der gleichen Position am Auge selbst). 4. Blendgeometrie HINWEIS: Vor dem Testen wurden den Probanden Beispiele für das Auftreten von Halos und Starbursts in natürlichen Szenen zur Verfügung gestellt (siehe Abbildung 3). Sobald das Motiv ausgerichtet ist, bewegen Sie die Kiefer des Bremssattels, bis es nur den Halo umgibt, und dann, bis es sich nur am äußeren Umfang der Starbursts oder Speichen befindet. Erhalten Sie den Schwellenwert, indem Sie den Spread aus beiden Richtungen (von in nach out und out to in) mittelt. Achten Sie zu Beginn der Zweipunktmessungen auf maximale Nähe der beiden 2 mm Öffnungen; Beachten Sie, dass der Reiz als einzelner, heller Lichtpunkt erscheint. Bewegen Sie die beiden Blenden langsam auseinander und quantifizieren Sie den Abstand mit dem nach hinten gerichteten digitalen Mikrometer, zentriert auf den Blenden. Vom “Nullpunkt” (angrenzende Öffnungen) bitten Sie die Probanden, anzugeben, wann sich die Ausbreitung von jedem Lichtpunkt nicht überlappt (normalerweise funktioniert hier eine Richtung gut). Da ein Fehler auftreten kann, wenn das Motiv falsch mit dem System ausgerichtet wird, verwenden Sie eine Kamera mit kleiner Bohrung (mit Infrarot), um sicherzustellen, dass das Auge immer in der richtigen Position bleibt.

Representative Results

Für die Blendschärfemessungen wurden 20 junge Probanden (Durchschnittsalter = 19 Jahre, Standardabweichung (SD) = 1 Jahr) mit guter Schärfe getestet. Die in Abbildung 6 gezeigten Ergebnisse zeigen die Variation der Anzahl der Buchstaben, die bei einer relativ hellen Intensitätsstufe zu sehen sind. Ein anderer Ansatz zur Analyse der Daten wäre die Verwendung der richtigen Identifizierung, um eine psychometrische Funktion mit einem Schwellenwert zu erzeugen, der als 6 von 8 Identifikationen definiert ist (die Energie bei 75% korrekter Identifizierung). Wie in Abbildung 6gezeigt, gibt es selbst bei der Prüfung gesunder junger Probanden große Unterschiede. Die Daten der Halos und Speichenmessungen sind in Abbildung 7A,B dargestellt und stammen aus einer anderen Stichprobe von 23 jungen Probanden (Durchschnittsalter = 20 Jahre, SD = 4 Jahre). Beide Stichproben wurden aus der Studentenpopulation an der University of Georgia rekrutiert. Alle diese Probanden hatten eine gute Schärfe (20/20) und/oder wurden mit klaren Kontaktlinsen korrigiert. Der Mindestabstand (mm), der erforderlich ist, um zwei Lichtpunkte als unterschiedlich aufzulösen (die Zweipunktschwellen hier), wurde ebenfalls gemessen. Diese Daten sind in Abbildung 8 dargestellt. Wie in Abbildung 6, Abbildung 7und Abbildung 8zu sehen ist, gab es trotz der homogenen Stichprobe (bestehend aus relativ jungen gesunden Beobachtern mit gutem Sehvermögen) große Unterschiede in den Verhaltensmessungen der Streuung. Dies deutet darauf hin, dass klinische Standardmaße der Sehfunktion (z. B. Schärfe) viele visuelle Attribute, die sich wahrscheinlich auf die Sehleistung unter realen Bedingungen auswirken, nicht quantifizieren. Abbildung 1: Zwei Nachtfahrszenarien. (A) Minimale intraokulare Streuung von den Autoscheinwerfern mit dem Fußgänger auf der Straße deutlich sichtbar. (B) Hohe intraokulare Streuung von den Autoscheinwerfern, die den Fußgänger auf der Straße verdeckt. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen. Abbildung 2: Grafik, die die spektrale Verteilung des Mittagssonnenlichts (rot), der Xenonbogenlampenlichtquelle (schwarz) und einer hochhellen weißen LED-Quelle (blau) darstellt. Abkürzung: LED = Leuchtdiode. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen. Abbildung 3: Beispiele für PDP-Symptome: Speichen (ganz links), Halos (links) und Starbursts (rechts) und 2-Punkt-Lichtstreuung (ganz rechts). Abbildung 4: Semantische Darstellung der Punktspreizfunktion und visuelle Darstellung von Autoscheinwerfern. Relative Energie auf der y-Achse und Betrachtungswinkel auf der x-Achse; visuelle Illustration, wie die Trennung zwischen zwei hellen Lichtpunkten (Scheinwerfern) ein Verhaltensmaß für ihre Breite ist. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen. Abbildung 5: Eine konzeptionelle Zeichnung des Blendschärfesystems. Zu den Komponenten gehören (a) eine Xenon-Lichtquelle, (b) Kollimationlinse, (c) Wasserbad, (d) Fokussiere, (e) Kreisfilter (100 mm Neutraldichtefilter), (f) Filterhalter, (g) Linse, (h) Buchstabenöffnungen im kreisförmigen rotierenden Rad, (i) Brechungskorrektur (Versuchslinsen), (j) digitales Auslesen eines kreisförmigen Filterpotentiometers. Abkürzungen: CL = Kollimationlinse; FL = Fokussierungsobjektiv; L = Linse; TL = Versuchslinsen. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen. Abbildung 6: Ein Säulendiagramm mit der Anzahl der Buchstaben, die jedes Subjekt identifizieren konnte, wenn die Leuchtdichte des Reizes auf einer hellen Konstante gehalten wurde (absolute Energie, 16.392 cd/m2). Abbildung 7: Ein Säulendiagramm, das die individuellen Unterschiede in einer Stichprobe von 23 jungen, gesunden Beobachtern zeigt. (A) Individuelle Unterschiede im Halo-Durchmesserdiagramm. (B) Individuelle Unterschiede im Starburst-Diamatergraphendiagramm. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen. Abbildung 8: Ein Säulendiagramm, das den minimalen Abstand zeigt, in dem sich zwei kleine Lichtpunkte nicht überlappen (Zweipunktschwellen). Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen. 

Discussion

Die visuellen Folgen der intraokularen Streuung werden oft als Blendungsbehinderung und Unbehagen bewertet17,18. Diese Methoden konzentrieren sich direkt auf die Dysfunktion und den leichten Schmerz, die mit intensivem Licht einhergehen, aber nicht direkt darauf, wie es das Sehen deaktiviert. Das Wie ist aber auch wichtig, denn die intraokulare Streuung wirkt sich nicht nur auf das Sehvermögen aus, wenn es intensiv ist. Selbst ein visuelles Bild mit geringer Intensität (z. B. geringe Leuchtdichte, kontrastarme Targets) kann durch Lichtstreuung beeinträchtigt werden. Die zugrunde liegende Optik15 kann durch das Strehl-Verhältnis, die Punktspreizfunktion oder den Diffusionsindex (weitgehend unabhängig von der Leuchtdichte) beschrieben werden. Eine weitere Methode, die auch bei geringerer Leuchtdichte (10 cd/m2 in diesem Aufbau) wirksam ist, ist die Messung der Trennung von zwei Punktlichtquellen. Individuen mit einer breiteren Punktspreizfunktion benötigen mehr Trennung, bevor zwei kleine Lichtpunkte deutlich erscheinen. Die Rayleigh-Kriteriumsmethode zur Quantifizierung der Ausbreitung von zwei Kleinpunktlichtquellen hat eine lange Geschichte19. Im vorliegenden Fall wurde diese Methode angepasst, um ihre ökologische Validität zu erhöhen (z. B. durch die Verwendung von weißem Xenon, das mittags Sonnenlicht simulierte).

Abbildung 5 zeigt eine konzeptionelle Zeichnung des Blendschärfesystems. Im Wesentlichen beginnt es mit einer hellen weißen Lichtquelle, die Sonnenlicht simuliert (Xenonlampen sind typischerweise eine gute Wahl, 1000 Watt sorgen für ausreichende Intensität). Das Licht von der Quelle wird mit einem Wasserbad (transparent für sichtbares Licht) gekühlt und dann durch eine Reihe von Linsen manipuliert, die Licht in fokussierten und kollimierten Strahlen tragen. Ein kreisförmiger Neutraldichtefilter schwächt das Licht, das dann durch buchstabenförmige Öffnungen geleitet wird. Das Subjekt sitzt in einem festen Abstand vom isolierten Reiz (~ 7 m) und betrachtet den Reiz mit einem Auge nach dem anderen (Augenposition, die durch eine Augenmuschel fixiert wird). Was das Subjekt sieht, ist eine Reihe von Buchstaben, die selbst die Blendquelle sind. Wenn das Licht für ein bestimmtes Motiv zu intensiv ist, ist eine konsistente korrekte Identifizierung nicht möglich. Blendschärfeschwellen können mit beliebig vielen klassischen psychophysischen Techniken definiert werden.

Das grundlegende Design des Halometers ähnelt dem oben beschriebenen Blendschärfegerät und kann die gleiche Lichtquelle (ein intensives Xenon) und die gleiche optische Tabelle13verwenden. Die beiden Elemente, die sich unterscheiden, sind die Einführung eines Lichtschildes, das kleine bewegliche Öffnungen und zentrierende Präzisionssättel enthält. Die Öffnung im Lichtschild hat einen Durchmesser von 4 mm und wird von der Lichtquelle hinterleuchtet. Das breitbandige Licht, das durch dieses kleine Loch geht, erzeugt eine helle Punktquelle, die sich ausbreitet (das Muster wird durch die optischen Eigenschaften des Beobachters bestimmt, so dass es für einige mehr Speichen, andere haben mehr diffuse Haloing), und die Bremssättel werden verwendet, um diese Geometrie zu messen. Die 4 mm Öffnung im Lichtschild kann in zwei kleinere Öffnungen (jeweils 2 mm) aufgeteilt werden, die langsam auseinander bewegt werden können, bis sich die Spreizung nicht überlappt. Diese Entfernung (verfolgt mit einem Mikrometer auf dem Lichtschild) wird als verhaltensbedingte Punktspreizfunktion (Zweipunktschwellen) verwendet.

Die Durchmesser des Halos (diffuses Licht um die Punktquelle) und starburst (konzentrische Strahlen, die von der Punktquelle nach außen strahlen) wurden mit der Methode der Grenzen (im auf- und absteigenden Modus) bestimmt. Der Forscher bewegte die Kiefer des Bremssattels (von der Mitte nach außen), bis das Subjekt anzeigte, dass die Führer nur den Halo oder den Starburst umgaben. Bei den Zweipunktmessungen werden die beiden winzigen Anstoßöffnungen langsam (horizontal) auseinander bewegt, und die Motive zeigen an, wann sich die Spreizung von jedem Lichtpunkt nicht überlappt (z. B. wenn sie zum ersten Mal einen kleinen schwarzen Raum zwischen den beiden Punkten wahrnehmen). Ein technisches Schema des Systems wurde von Hammond et al.13beschrieben.

Die Messung der Art und Weise, wie Licht streut, weist auf die Art (und Korrektur) des Problems hin. Starbursts (periphere Speichen), Halos und Blendungsstörungen und Beschwerden haben alle individuelle Eigenschaften. Wenn das Auge durch Alterung, Krankheit9oder Operation8beeinträchtigt wird, ändern sich diese optischen Phänomene auch auf unterschiedliche Weise. Halos zum Beispiel werden oft als relativ homogener Schleier angesehen, während Starbursts dazu neigen, nicht homogen zu sein und sich in die Peripherie auszudehnen. Dieses Muster wird von Hammond et al.13deutlich gezeigt.

Diese unterschiedlichen Muster implizieren die Notwendigkeit verschiedener Arten von Korrekturen7. Zum Beispiel haben sich Makulapigmente (gelbe Pigmente, die in der Makula konzentriert sind) als nützlich erwiesen, um die zentrale Blendung (Lichtverschleierung in der Sichtlinie) zu korrigieren20. Da sich diese Pigmente jedoch nur in und um die Netzhautfovea befinden, beeinflussen sie die Lichtstreuung außerhalb dieses Bereichs nicht21. Zu diesem Zweck ist eine Filterung im vorderen Teil des Auges wünschenswert, z. B. bei der Verwendung von getönten Brillen22, Kontaktlinsen13oder intraokularen Implantaten23. Wenn alle Dinge gleich sind, können Personen mit optimaler Blendschärfe Buchstaben mit viel höheren Konzentrationen erkennen als solche mit schlechter Blendschärfe.

Frühere Studien haben auch gezeigt, dass Messungen der Lichtstreuung nicht gut mit häufiger gemessenen Metriken wie der Sehschärfekorrelieren 4. Dies motivierte die Entwicklung einer Lichtstreumethode, die direkt mit Schärfeurteilen (analog zu einem Snellen-Chart) verbunden war. Bisherige Methoden basierten auf der Detektion oder Auflösung (z.B. das Sehen einzelner Balken in Gittern unterschiedlicher Frequenz) im Gegensatz zur Erkennung. Die Erkennungsschärfe hängt jedoch, wie andere Formen auch, vom Kontrast zwischen zwei Elementen innerhalb eines Bildes ab. Lichtstreuung kann diese Differenz abbauen und war das abhängige Maß in den vorliegenden Blendschärfebewertungen. Wie die empirischen Ergebnisse dieser jungen, weitgehend homogenen Stichprobe zeigen, alles gleich, gibt es große individuelle Unterschiede in der Art und Weise, wie Lichtstreuung die visuelle Funktion unter realen Bedingungen bewirkt.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Die Autoren danken Dr. Sarah Saint für ihre Unterstützung bei der Sammlung der Halometerdaten.

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
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References

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Nightingale, J., Hammond, B. R. Measuring the Behavioral Effects of Intraocular Scatter. J. Vis. Exp. (168), e62290, doi:10.3791/62290 (2021).
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