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Behavior

Misurare gli effetti comportamentali della dispersione intraoculare

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

Summary

In questo protocollo, delineiamo gli elementi di progettazione concettuale e lo sviluppo strutturale di un apparato di acuità dell’abbagliamento. Inoltre, viene descritto il design di un dispositivo per misurare la disfotopsia positiva (aloni, raggi) e le soglie di luce a due punti.

Abstract

La dispersione intraoculare, con le sue manifestazioni funzionali associate, è una delle principali cause di incidenti automobilistici e un significativo biomarcatore di malattie oculari nascoste e concise (ad esempio, malattie della cornea e del cristallino). Quasi tutti gli attuali metodi di misurazione delle conseguenze comportamentali della diffusione della luce, tuttavia, soffrono di varie limitazioni che riflettono principalmente una mancanza di costruzione e validità del contenuto: in altre parole, le misure non riflettono adeguatamente le condizioni del mondo reale (ad esempio, luce artificiale contro luce solare) o attività quotidiane (ad esempio, il riconoscimento in condizioni visivamente impegnative).

Questo protocollo descrive due nuovi metodi ecologicamente validi per misurare gli effetti comportamentali dello scatter intraoculare quantificando la geometria dello scatter e il riconoscimento visivo in condizioni di abbagliamento. Il primo è stato misurato valutando il diametro degli aloni e dei raggi risultanti da una sorgente puntiva luminosa. La diffusione della luce (essenzialmente, la funzione di diffusione puntuale determinata utilizzando i criteri di Rayleigh) è stata quantificata determinando la distanza minima percepibile tra due piccoli punti di luce a banda larga. Quest’ultimo è stato fatto sulla base dell’identificazione di lettere formate usando aperture attraverso le quali brillava la luce intensa.

Introduction

L’abbagliamento è comunemente definito come una degradazione della chiarezza ottica derivante dalla dispersione intraoculare all’interno del mezzo oculare. Questa dispersione distorce la rappresentazione dell’immagine sulla retina e produce una rappresentazione interrotta della scena visiva. La maggior parte degli incidenti gravi legati all’abbagliamento si verificano a causa della dispersione intraoculare diurna causata dal sole1. Questa origine significa che l’ora del giorno e la stagione (posizione solare) sono variabili significative così come l’età delconducente2,3. Data l’importanza dell’abbagliamento come questione di sicurezza, ci sono stati diversi studi metodologici incentrati su dispositivi (per lo più commerciali) per testare le differenze individuali e di gruppo4. Spesso, questo si manifesta come luci brillanti (in genere alogeni o fluorescenti) che circondano un grafico di acuità o griglie. A seconda delle caratteristiche dell’individuo (ad esempio, pigmentazione oculare, densità della lente)5, le luci adiacenti causano una luminanza velata che degrada le prestazioni. A prima vista, questi compiti sembrerebbero avere un’alta validità del viso. Come illustrato nella Figura 1A,B,l’aumento della dispersione fa velare direttamente gli oggetti e i test disponibili catturano la varianza attribuibile all’intensità della sorgente di abbagliamento e alle caratteristiche personali. Tuttavia, i test presentano diversi inconvenienti6 e lasciano molti aspetti importanti della dispersione non valutati. Il primo, e più ovvio, è semplicemente che la fonte di abbagliamento più comune nella vita di tutti i giorni è il sole.

La dispersione all’interno dell’occhio ha una complessa dipendenza dalla lunghezza d’onda che è aggravata dall’età e dalla pigmentazione oculare7. Nella misura in cui un test si discosta da questa fonte naturale, la sua capacità di prevedere la funzione visiva in tali circostanze può essere limitata. I test comuni utilizzano diodi emettitori di luce bianchi (LED) o alogeni montati lateralmente. In un primo studio su 2.422 conducenti europei, van den Berg et al. hanno notato che la dispersione all’interno dell’occhio e l’acuità visiva erano predittori relativamente indipendenti della qualità della visione di un soggetto (scatter e acuità non erano correlati)4. Nel mondo reale, tuttavia, l’abbagliamento spesso proviene direttamente dall’oggetto visualizzato. La sorgente di abbagliamento può provenire dall’alto (ad esempio, il sole) o lateralmente (ad esempio, i fari delle auto), ma la luminanza del velo è direttamente nella linea di vista. In questo studio, i ricercatori hanno tentato di affrontare entrambi questi problemi selezionando una fonte di luce che corrispondesse strettamente alla luce solare di mezzogiorno(Figura 2)e progettando un compito basato sul riconoscimento (non semplicemente sul rilevamento) e in cui il compito e lo stress luminoso fossero, contemporaneamente, nella linea diretta di vista dello spettatore.

Oltre alla luminanza del velo che riduce l’acuità visiva (dispersione lungo la linea di vista), molte condizioni influenzano l’effettiva geometria della dispersione all’interno dell’occhio (cioè, non solo la diffusione della luce in avanti all’interno della macula) e degradano la visione. Ciò è descritto dalla comparsa comune di aloni e raggi (o quando sufficientemente debilitante, disfotopsia positiva (PDP) (per esempi, vedere figura 3). La PDP è un effetto collaterale comune negli individui che hanno subito un intervento chirurgico correttivo LASIK8 oltre a quelli con cataratta (spesso indicato clinicamente come “intollerabile” PDP9-questa fascia demografica comprende circa la metà della popolazione di età pari o superiore a 70 anni). Il PDP spesso non viene corretto dalla chirurgia della cataratta in quanto l’intervento stesso crea disomogeneità nella cornea, la posizione dell’impianto all’interno della capsula della lente è imperfetta e molti disegni di lenti, mentre affrontano alcuni problemi come la presbiopia, ne creano altri come spoking e aloni. Ad esempio, Buckhurst et al. hanno dimostrato che la dispersione intraoculare era la stessa tra i diversi progetti di lenti intraoculari chiare (IOL), ma che le lenti multifocali creavano un significativo PDP10.

Il primo alometro progettato per misurare con precisione aloni/raggi visivi fu descritto nel 1924 da Robert Elliot. Il dispositivo era essenzialmente una lampada in una scatola con una piccola apertura e una regola di scorrimento (anche le versioni precedenti utilizzavano disegni degli effetti visivi delle candele). Diverse varianti di quel tema seguirono9 fino a quando un dispositivo chiamato Aston Halometer raggiunse finalmente il mercato. Questo dispositivo10,11 si basa su un LED bianco brillante al centro di un tablet (i soggetti identificano le lettere che circondano il tablet mentre si muovono centrifugamente in passi di 0,5 °). Come notato in precedenza, una sfida con questo design è che i LED bianchi non sono una grande corrispondenza per il sole. Un altro è semplicemente che la sorgente (un singolo LED) non è sufficientemente luminosa da indurre aloni e raggi di abbagliamento significativi. I ricercatori hanno imposto le pellicole di occlusione Bangeter (essenzialmente un diffusore) per aumentare la diffusione della luce (e diminuire i riflessi speculari dalla superficie della compressa). Tuttavia, questo rischia di confondere la sorgente (cioè, gran parte della dispersione proviene quindi dal diffusore e non dalle disomogeneità all’interno dell’occhio stesso, la stessa variabile che deve essere quantificata). La riprogettazione dell’alometro ha diverse caratteristiche pensate per affrontare questi problemi. In primo luogo, utilizza lo xeno a banda larga come simulatore solare12 e utilizza il metodo di apertura originale introdotto da Elliot con pinze centrate sulla precisione.

Lo scudo luminoso che forma l’apertura centrale ha l’ulteriore vantaggio di poter essere separato in due aperture più piccole che possono essere lentamente spostate per misurare la diffusione della luce (essenzialmente, una funzione di diffusione del punto derivata dal comportamento; vedi Figura 4). Questo design è stato ora utilizzato in diversi studi recenti per valutare le caratteristiche ottiche delle lenti a contatto fotocromatiche13. Nel loro insieme, misurare il diametro di aloni e raggi, la distanza minima tra due fonti puntiche di luce (diffusione della luce) e l’acuità dell’abbagliamento, affronta non solo il fatto che un paziente soffre di abbagliamento usando condizioni del mondo reale, ma anche come. Gli effetti comportamentali della dispersione della luce all’interno dell’occhio non sono un fenomenounitario4,14,15. Ognuna di queste variabili spiega un aspetto relativamente unico della varianza nella funzione visiva. Gli aloni, ad esempio, derivano dalla dispersione della luce in avanti derivante principalmente dal cristallino. I raggi (essenzialmente corona ciliare) derivano da diffrazione e aberrazioni che derivano da piccole particelle che si diffondono lungo il percorso ottico14,16.

Protocol

NOTA: Le procedure delineate nel seguente protocollo aderiscono a tutte le linee guida istituzionali relative alla ricerca del soggetto umano. Questo studio è stato approvato dal comitato di revisione istituzionale dell’Università della Georgia e le procedure sperimentali sono state condotte in conformità con le linee guida di buona pratica clinica e i principi etici della Dichiarazione di Helsinki. 1. Costruzione dell’apparato di acuità dell’abbagliamento NOTA: un disegno concettuale del sistema è illustrato nella Figura 5. Iniziare con un tavolo ottico e installare una lampada ad arco allo xeno da 1000 W con l’alimentatore associato all’estremità posteriore del banco (vedere a della Figura 5).NOTA: La scelta migliore per un tavolo ottico è una breadboard con una griglia di fori di montaggio, comunemente, la filettatura della vite M6 su una griglia di 25 mm. La dimensione minima necessaria è ~ 91 cm x 122 cm. Una limitazione con questi sistemi è che, se l’emissione luminosa non è costante (all’interno e tra le sessioni), piccole variazioni verrebbero interpretate come variazioni nelle soglie comportamentali. Quindi, assicurarsi che l’alimentatore sia altamente regolato con sensori di feedback ottico per garantire un’emissione luminosa costante durante le sessioni sperimentali e nel tempo. Installare la prima lente in una posizione che collima la luce proveniente dalla sorgente (vedi b della Figura 5),e introdurre un elemento ottico per rimuovere il calore all’interno dell’ottica generata dalla sorgente luminosa intensa (Figura 5C).NOTA: Tutte le lenti all’interno del sistema sono acromati plano-convessi con rivestimento antiriflesso. La lunghezza focale effettiva è di ~ 100 mm e il diametro è di ~ 5 cm (leggermente più grande dell’apertura di uscita della sorgente luminosa). I filtri a infrarossi potrebbero essere usati per rimuovere il calore, ma spesso si intromettono nel visibile. Un bagno d’acqua è una bella alternativa. Nel sistema attuale, due piatti ottici racchiudevano un tubo pieno d’acqua. Introdurre la lente successiva (vedi d della Figura 5) all’interno del sistema ottico per focalizzare la luce in un piccolo punto sul filtro circolare a densità neutra da 100 mm (vedi e della Figura 5), che attenua la luce su un intervallo lineare di circa 2 unità logere di densità ottica. Determinare la posizione nominale del filtro utilizzando una lettura digitale accoppiata ad un potenziometro (vedi j della Figura 5). Utilizzare un radiometro calibrato per determinare la quantità effettiva di luce trasmessa che corrisponde alla posizione del filtro circolare e per confermare periodicamente che l’energia complessiva all’interno del sistema rimane costante nel corso dell’esperimento.NOTA: poiché il filtraggio viene eseguito su un gradiente, la luce deve essere focalizzata su un’area abbastanza piccola (4-9 mm2) quando si passa attraverso il filtro circolare (questa posizione è anche buona per sconcertare usando una piccola apertura che passa solo la luce focalizzata). Utilizzare un otturatore meccanico o semplicemente un filtro di blocco e un supporto per occludere lo stimolo tra le prove (vedi f della Figura 5). Aggiungere l’obiettivo successivo al sistema, una lente collimante (vedi g della Figura 5), posizionata in modo tale che la luce si espanda per corrispondere al diametro di ogni apertura della lettera (10,16 cm), illuminando completamente l’optotipo (7,62 cm). Costruisci le aperture delle lettere o acquistale come stencil metallici: P, L, D, U, Z, E, T e F (vedi h della Figura 5). Posiziona le aperture delle lettere in un rotatore circolare (per consentire una facile alternanza tra le lettere) con linguette e divot caricati a molla per bloccare ogni lettera in posizione in modo che non vi sia alcun movimento della ruota durante l’esperimento.NOTA: le aperture delle lettere erano di circa 15 mm x 6 mm x 25 mm (~ 0,17 °) e sono state scelte perché sono optotipi Sloan classici e approssimativamente della stessa dimensione. In questo sistema, la luminanza misurata all’apertura della lettera era di 4000 lux; 40 lux se misurato sul piano dell’occhio. Quindi, sconcerta il sistema in modo tale che i soggetti possano vedere solo le aperture delle lettere retroilluminate (ad esempio, l’intensa luce che esce da una “E”). Ad esempio, posizionare l’ottica del sistema in una stanza con il soggetto in una stanza adiacente. Posiziona un foro all’interno della porta adiacente alle stanze e allinealo in modo che i soggetti non possano vedere lo sperimentatore o la luce vagante. Se il partecipante non è in grado di ascoltare le istruzioni dello sperimentatore, aggiungere un sistema di interfono. Per garantire che la posizione dell’occhio rispetto al sistema visivo sia abbastanza precisa, creare una qualche forma di assemblaggio della testa e del mento- utilizzare un oculare di gomma montato su un tubo nero (entrambi montati su un carrello mobile). Come fatto in questo protocollo, aggiungere un attacco dietro il tubo per consentire l’uso di lenti di prova per correggere l’errore di rifrazione utilizzando lenti standardizzate (cioè nessuna colorazione).NOTA: L’uso di lenti di prova consentirà anche l’uso di un vetro “bianco” per garantire che gli effetti ottici di coloro che non hanno richiesto la correzione refrattiva corrispondano a quelli che hanno richiesto un’ottica correttiva refrattiva (vedi i della Figura 5). Inoltre, assicurarsi che la stazione di visualizzazione sia protetta in modo che non si muova tra i soggetti. Utilizzare un livello laser per garantire l’allineamento dell’oculare con l’ottica (7 m dal piano dell’occhio). 2. Misurazione dell’acuità di riconoscimento dell’abbagliamento NOTA: All’inizio di una sessione sperimentale, viene confermato che tutti gli elementi ottici all’interno del sistema sono allineati, l’intensità della luce (senza attenuazione) è corretta e l’occhio del soggetto è nella posizione corretta. Il compito viene quindi spiegato al soggetto (identificazione della lettera) e gli stimoli vengono presentati in ordine casuale a diversi livelli di intensità. L’obiettivo è quello di trovare la massima intensità alla quale un soggetto può ancora identificare correttamente le singole lettere (con la soglia effettiva definita probabilisticamente al 75% di rilevamento corretto, 6 di correttezza su 8). Utilizzare il metodo dei limiti (per avvicinarsi alla soglia) e quindi degli stimoli costanti per ottenere un valore preciso della soglia di acuità di riconoscimento dell’abbagliamento del soggetto.NOTA: Esistono metodi psicofisici più accurati disponibili (rilevamento del segnale, scelta forzata), ma questo metodo è stato utilizzato in base al numero di misure e ai vincoli di tempo. Usa un generatore di lettere casuali per organizzare le lettere sulla ruota in un ordine unico e casuale. Usa le lettere per le aperture che si trovano comunemente in altre attività di riconoscimento (ad esempio, grafico di Snellen, lettere di Sloan).NOTA: Le lettere utilizzate nel metodo attuale erano P, L, D, U, Z, E, T e F. Prima di iniziare il protocollo, spiegare la natura del compito sperimentale mostrando al soggetto gli stimoli di soprassoglia. Assicurati che il soggetto sia consapevole che il compito è abbastanza semplice: la lettera può essere vista o no? Eseguire prove sufficienti per generare una funzione psicometrica che consenta la derivazione di una soglia probabilistica accurata. 3. Costruzione del dispositivo alometro Utilizzare gli stessi passaggi 1.1-1.2 nella configurazione della tabella ottica per queste misure. Assicurarsi che la luce proveniente dalla sorgente illumini il retro dello schermo luminoso su uno spazio sufficiente (13-14 cm) per consentire una separazione dei due punti. Installare lo schermo luminoso e assicurarsi che funa da deflettore bloccando la maggior parte della luce proveniente dalla sorgente luminosa in modo che il soggetto veda solo la luce proveniente dall’apertura e contenga una piccola apertura (~ 4 mm) per le misure halo / spoke. Apporre un micrometro digitale sul retro dello schermo luminoso da utilizzare per misurare la separazione fisica dei due punti luce.NOTA: L’apertura deve essere prodotta da due aperture adiacenti e mobili (2 mm ciascuna) e lo schermo deve contenere un deflettore pieghevole tale che, quando le aperture vengono spostate, il deflettore occlude la luce dal passaggio tra di loro. Per mantenere la coerenza con questo protocollo, assicurarsi che l’emissione luminosa misurata allo schermo luminoso sia di 10 cd/m2. In accordo con lo schematico (Figura 2)13, posizionare le pinze di centraggio nello spazio tra lo scudo luminoso e la posizione della testa stabilizzata dei soggetti (un semplice mento e poggiaspazione). Assicurarsi che le ganasce della pinza siano allineate con l’apertura di 4 mm e ~ 13-14 cm di altezza.NOTA: è utile mettere del materiale riflettente sul lato dell’oggetto in modo che possano essere visti chiaramente. Le mascelle si muovono ugualmente dal centro e la loro posizione è indicata da una scala di Vernier. Per mantenere la coerenza con l’impostazione utilizzata in questo protocollo, verificare che lo schermo luminoso sia ~ 100 cm e le pinze siano ~ 60 cm dal piano dell’occhio del soggetto. Quando si effettuano le misure a due punti, utilizzare un obiettivo a lunga lunghezza focale. Determinare il posizionamento esatto di questa lente finale in base alla lunghezza focale e alla distanza dallo schermo luminoso e al piano dell’occhio del soggetto. Rimuovere questa lente quando si esegue le misure halo/spoke.NOTA: in questa configurazione è stata utilizzata una lente plano-convessa acromatica da 200 mm a 18 cm dal piano dell’occhio (questo posiziona l’occhio nel fascio di messa a fuoco, ma non sul piano di messa a fuoco, l’occhio è anteriore al punto focale finale). Questo è usato perché gli individui con un’acuità molto buona e una bassa dispersione possono spesso vedere due piccoli punti di luce adiacenti anche quando sono molto vicini. L’obiettivo di messa a fuoco farà sì che i punti si sovrappongano e ingrandisca la distanza necessaria per distinguere due punti. Utilizzare uno standard di riflettanza bianca posto all’occhio e un radiometro spettrale telescopico per misurare l’emissione di luce spettrale, sia radiometricamente che fotometricamente, per garantire che lo spettro visibile abbia le caratteristiche desiderate (in questo caso, luce solare simulata, Figura 2). Per monitorare l’uscita di energia più spesso e con un rilevatore altamente sensibile, utilizzare un normale radiometro con una fototesta a base di silicio.NOTA: tali dispositivi di misurazione dell’emissione luminosa produrranno sia la forma spettrale della curva che i valori fotometrici (misurati nella stessa posizione all’occhio stesso). 4. Geometria dell’abbagliamento NOTA: Prima del test, ai soggetti sono stati forniti esempi della comparsa di aloni e starburst in scene naturali (vedere Figura 3). Una volta che il soggetto è allineato, muovi le mascelle della pinza fino a quando non circonda solo l’alone, e poi fino a quando non è solo alla circonferenza esterna degli starburst o dei raggi. Ottieni la soglia facendo la media dello spread da entrambe le direzioni (da dentro a fuori e da fuori a dentro). Quando si iniziano le misure a due punti, assicurarsi la massima vicinanza delle due aperture da 2 mm; si noti che lo stimolo apparirà come un singolo punto luminoso di luce. Spostare lentamente le due aperture, quantificando la distanza dal micrometro digitale rivolto all’indietro, centrato sulle aperture. Dal “punto zero” (aperture adiacenti) chiedi ai soggetti di indicare quando la diffusione da ciascun punto luce non si sovrappone (di solito una direzione funziona bene qui). Poiché si può riscontrare qualche errore se il soggetto diventa disallineato con il sistema, utilizzare una fotocamera a foro piccolo (con infrarossi) per garantire che l’occhio rimanga sempre nella posizione corretta.

Representative Results

Per le misure di acuità dell’abbagliamento, sono stati testati 20 soggetti giovani (età media = 19 anni, deviazione standard (SD) = 1 anno) con una buona acuità. I risultati mostrati nella Figura 6 indicano la variazione del numero di lettere osservate a un livello di intensità relativamente luminoso. Un altro approccio all’analisi dei dati sarebbe quello di utilizzare la corretta identificazione per generare una funzione psicometrica con soglia definita come 6 identificazioni su 8 (l’energia al 75% di identificazione corretta). Come mostrato nella Figura 6,c’è un’ampia variazione presente anche quando si testano soggetti giovani sani. I dati delle misure aloni e raggi sono mostrati nella Figura 7A,B e provengono da un campione diverso di 23 soggetti giovani (età media = 20 anni, SD = 4 anni). Entrambi i campioni sono stati reclutati dalla popolazione studentesca dell’Università della Georgia. Tutti questi soggetti avevano una buona acuità (20/20) e/o sono stati corretti con lenti a contatto chiare. È stata anche misurata la distanza minima (mm) necessaria per risolvere due punti di luce distinti (le soglie a due punti qui). Questi dati sono mostrati nella Figura 8. Come si vede nella Figura 6, Figura 7e Figura 8,nonostante il campione sia così omogeneo (composto da osservatori sani relativamente giovani con una buona visione), c’è stata un’ampia variazione nelle misure comportamentali di scatter. Ciò suggerisce che le misure cliniche standard della funzione visiva (ad esempio, l’acuità) non riescono a quantificare molti attributi visivi che probabilmente influiscono sulle prestazioni visive in condizioni reali. Figura 1: Due scenari di guida notturna. (A)Dispersione intraoculare minima dai fari dell’automobile con il pedone sulla strada chiaramente visibile. (B) Elevata dispersione intraoculare dai fari dell’auto, oscurando il pedone sulla strada. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura. Figura 2: Grafico che rappresenta la distribuzione spettrale della luce solare di mezzogiorno (rosso), la sorgente luminosa della lampada ad arco allo xeno (nera) e una sorgente LED bianca ad alta luminosità (blu). Abbreviazione: LED = diodo emettitore di luce. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura. Figura 3: Esempi di sintomi del PDP: raggi (all’estrema sinistra), aloni (a sinistra) e starburst (a destra) e di diffusione della luce a 2 punti (all’estrema destra). Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura. Figura 4: Rappresentazione semantica della funzione point-spread e illustrazione visiva dei fari delle auto. Energia relativa sull’asse y e angolo visivo sull’asse x; illustrazione visiva di come la separazione tra due punti luminosi di luce (fari) sia una misura comportamentale della sua larghezza. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura. Figura 5: Disegno concettuale del sistema di acuità dell’abbagliamento. I componenti includono (a) una sorgente luminosa allo xeno, (b) una lente collimante, (c) un bagno d’acqua, (d) una lente di messa a fuoco, (e) un filtro circolare (filtro a densità neutra da 100 mm), (f) un portafiltro, una lente g), una lettera di apertura in una ruota rotante circolare, (i) una correzione della rifrazione (lenti di prova), (j) una lettura digitale del potenziometro a filtro circolare. Abbreviazioni: CL = lente collimante; FL = obiettivo di messa a fuoco; L = lente; TL = lenti di prova. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura. Figura 6: Un istogramma che mostra il numero di lettere che ogni soggetto è stato in grado di identificare quando la luminanza dello stimolo è stata mantenuta a una costante luminosa (energia assoluta, 16.392 cd/m2). Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura. Figura 7: Un istogramma che mostra le differenze individuali in un campione di 23 osservatori giovani e sani. (A) Differenze individuali nel grafico del diametro di Halo. (B) Differenze individuali nel grafico diamater di Starburst. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura. Figura 8: Un istogramma che mostra la distanza minima in cui due piccoli punti di luce non si sovrappongono (soglie a due punti). Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura. 

Discussion

Le conseguenze visive dello scattering intraoculare sono spesso valutate come disabilità da abbagliamento e disagio17,18. Questi metodi si concentrano direttamente sulla disfunzione e sul leggero dolore che accompagna la luce intensa, ma non direttamente su come sta disabilitando la visione. Anche il come è importante, tuttavia, perché la dispersione intraoculare non influisce solo sulla visione quando è intensa. Anche un’immagine visiva a bassa intensità (ad esempio, bassa luminanza, obiettivi a basso contrasto) può essere degradata dalla diffusione della luce. L’ottica sottostante15 può essere descritta dal rapporto di Strehl, dalla funzione di diffusione puntuale o dall’indice di diffusione (in gran parte indipendente dalla luminanza). Un altro metodo, efficace anche a bassa luminanza (10 cd/m2 in questa configurazione), prevede la misurazione della separazione di due sorgenti puntiche di luce. Gli individui con una funzione di diffusione del punto più ampia richiederanno una maggiore separazione prima che due piccoli punti di luce appaiano distinti. Il metodo del criterio di Rayleigh per quantificare la diffusione di due sorgenti luminose a piccoli punti ha una lunga storia19. Nel caso di specie, questo metodo è stato adattato per aumentarne la validità ecologica (ad esempio, utilizzando lo xeno bianco che simulava la luce solare di mezzogiorno).

La Figura 5 mostra un disegno concettuale del sistema di acuità dell’abbagliamento. In sostanza, inizia con una sorgente di luce bianca brillante che simula la luce solare (le lampadine allo xeno sono in genere una buona scelta, 1000 watt forniscono un’intensità sufficiente). La luce proveniente dalla sorgente viene raffreddata con un bagno d’acqua (trasparente alla luce visibile) e quindi manipolata da una serie di lenti che trasportano la luce in fasci focalizzati e collimati. Un filtro circolare a densità neutra attenua la luce che viene poi fatta passare attraverso aperture a forma di lettera. Il soggetto si siede a una distanza fissa dallo stimolo isolato (~ 7 m) e visualizza lo stimolo con un occhio alla volta (posizione dell’occhio fissata da un oculare). Ciò che il soggetto vede è una serie di lettere che sono esse stesse la fonte di abbagliamento. Quando la luce è troppo intensa per un dato soggetto, non è possibile un’identificazione corretta e coerente. Le soglie di acuità dell’abbagliamento possono essere definite utilizzando un numero qualsiasi di tecniche psicofisiche classiche.

Il design di base dell’alometro è simile al dispositivo di acuità dell’abbagliamento sopra descritto e può utilizzare la stessa sorgente luminosa (uno xeno intenso) e la tabella ottica13. I due elementi che si differenziano sono l’introduzione di uno scudo luminoso che contiene piccole aperture mobili e pinze di precisione di centraggio. L’apertura nello schermo luminoso ha un diametro di 4 mm ed è retroilluminata dalla sorgente luminosa. La luce a banda larga che passa attraverso questo piccolo foro crea una sorgente puntiare luminosa che si diffonde (il modello determinato dalle caratteristiche ottiche dell’osservatore, quindi per alcuni, raggi di più, altri hanno un alone più diffuso), e le pinze sono utilizzate per misurare questa geometria. L’apertura di 4 mm nello schermo luminoso può essere suddivisa in due aperture più piccole (2 mm ciascuna) che possono essere lentamente spostate fino a quando la diffusione di ciascuna non si sovrappone. Tale distanza (tracciata da un micrometro sullo scudo luminoso) viene utilizzata come funzione di diffusione del punto derivata dal comportamento (soglie a due punti).

I diametri dell’alone (luce diffusa attorno alla sorgente puntica) e dello starburst (raggi concentrici che si irradiano verso l’esterno dalla sorgente puntica) sono stati determinati utilizzando il metodo dei limiti (in modalità ascendente e discendente). Il ricercatore ha spostato le mascelle della pinza (verso l’esterno dal centro) fino a quando il soggetto ha indicato che le guide circondavano solo l’alone o lo starburst. Quando si effettuano le misure a due punti, le due minuscole aperture adiacenti vengono spostate lentamente (orizzontalmente) e i soggetti indicano quando la diffusione da ciascun punto luce non si sovrappone (ad esempio, quando percepiscono per la prima volta un piccolo spazio nero tra i due punti). Uno schema tecnico del sistema è stato descritto da Hammond et al.13.

Misurare il modo in cui la luce si diffonde istruisce la natura (e la correzione) del problema. Starburst (raggi periferici), aloni e disabilità e disagio dell’abbagliamento hanno tutti caratteristiche individuali. Quando l’occhio è compromesso dall’invecchiamento, dalla malattia9o dalla chirurgia8,anche questi fenomeni ottici cambiano in modi distinti. Gli aloni, ad esempio, sono spesso visti come un velo relativamente omogeneo, mentre gli starburst tendono a non essere omogenei e si estendono nella periferia. Questo modello è dimostrato chiaramente da Hammond et al.13.

Questi diversi modelli implicano la necessità di diversi tipi di correzione7. Ad esempio, i pigmenti maculari (pigmenti gialli concentrati nella macula) si sono dimostrati utili per correggere l’abbagliamento centrale (velatura leggera nella linea di vista)20. Tuttavia, poiché questi pigmenti sono solo all’interno e intorno alla fovea retinica, non influenzano la dispersione della luce al di fuori di quell’area21. A tale scopo, è auspicabile filtrare nella porzione più anteriore dell’occhio come con l’uso di occhiali colorati22, lenti a contatto13o impianti intraoculari23. A parità di condizioni, gli individui con acuità di abbagliamento ottimale possono discernere lettere a intensità molto più elevate rispetto a quelli con scarsa acuità di abbagliamento.

Studi precedenti hanno anche dimostrato che le misure di diffusione della luce non sono correlate bene con metriche più comunemente misurate come l’acuità visiva4. Ciò ha motivato lo sviluppo di un metodo di diffusione della luce che è stato coinvolto direttamente con giudizi di acuità (analogo a un grafico di Snellen). I metodi precedenti erano basati sul rilevamento o sulla risoluzione (ad esempio, vedendo singole barre all’interno di griglie di frequenza variabile) anziché sul riconoscimento. Tuttavia, l’acutezza del riconoscimento, come altre forme, dipende dal contrasto tra due elementi all’interno di un’immagine. La diffusione della luce può degradare questa differenza ed è stata la misura dipendente nelle attuali valutazioni dell’acuità dell’abbagliamento. Come dimostrato dai risultati empirici di questo campione giovane, in gran parte omogeneo, a parità di condizioni, ci sono grandi differenze individuali nel modo in cui la diffusione della luce influisce sulla funzione visiva in condizioni del mondo reale.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Gli autori vorrebbero ringraziare la dottoressa Sarah Saint per la sua assistenza nella raccolta dei dati dell’alometro.

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

  1. Sun, D., El-Basyouny, K., Kwon, T. J. Sun glare: network characterization and safety effects. Transportation Research Record. 2672 (16), 79-92 (2018).
  2. vanden Berg, T. J., et al. Straylight effects with aging and lens extraction. American Journal of Ophthalmology. 144 (3), 358-363 (2007).
  3. 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).
  4. 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).
  5. 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).
  6. Diep, M., Davey, P. G., Rumelt, S. Glare and ocular diseases. Causes and Coping with Visual Impairment and Blindness. , (2018).
  7. Coppens, J. E., Franssen, L., vanden Berg, T. J. Wavelength dependence of intraocular straylight. Experimental Eye Research. 82 (4), 688-692 (2006).
  8. Shah, M., Larson, B. Starburst phenomenon in wavefront-guided LASIK compared with conventional LASIK. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 46 (13), 4366 (2005).
  9. 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).
  10. Buckhurst, P. J., et al. Tablet app halometer for the assessment of dysphotopsia. Journal of Cataract & Refractive Surgery. 41 (11), 2424-2429 (2015).
  11. Buckhurst, P. J., et al. Assessment of dysphotopsia in pseudophakic subjects with multifocal intraocular lenses. BMJ Open Ophthalmology. 1 (1), (2017).
  12. 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).
  13. 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).
  14. 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).
  15. 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).
  16. 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).
  17. Aslam, T. M., Haider, D., Murray, I. J. Principles of disability glare measurement: an ophthalmological perspective. Acta Ophthalmologica Scandinavica. 85 (4), 354-360 (2007).
  18. Pierson, C., Wienold, J., Bodart, M. Review of factors influencing discomfort glare perception from daylight. Leukos. 14 (3), 111-148 (2018).
  19. 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).
  20. 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).
  21. 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).
  22. 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).
  23. 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).

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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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