Göz İçi Saçılımın Davranışsal Etkilerinin Ölçülmesi
Summary
Bu protokolde, bir parlama keskinliği aparatının kavramsal tasarım öğelerini ve yapısal gelişimini özetliriz. Ayrıca, pozitif disfotofoti (haleler, uçlar) ve iki noktalı ışık eşiklerini ölçmek için bir cihazın tasarımı açıklanmıştır.
Abstract
Göz içi saçılım, ilişkili fonksiyonel bulguları ile otomotiv kazalarının önde gelen bir nedeni ve gizli ve açık oküler hastalığın önemli bir biyobelirteçtir (örneğin, kornea ve mercek hastalıkları). Bununla birlikte, ışık saçılımının davranışsal sonuçlarını ölçmenin neredeyse tüm güncel yöntemleri, çoğunlukla yapı ve içerik geçerliliğinin eksikliğini yansıtan çeşitli sınırlamalardan muzdariptir: nükte için, önlemler gerçek dünya koşullarını (örneğin, yapay ışık ve güneş ışığı) veya günlük görevleri (örneğin, görsel olarak zorlu koşullar altında tanıma) yeterince yansıtmaz.
Bu protokol, parlama koşullarında dağılım geometrisini ve görsel tanımayı ölçerek göz içi saçılımının davranışsal etkilerini ölçmenin ekolojik olarak geçerli iki yöntemini açıklar. İlki, parlak bir nokta kaynağından kaynaklanan halelerin ve uçların çapı değerlendirilerek ölçüldü. Işık yayılımı (esasen Rayleigh kriterleri kullanılarak belirlenen nokta yayma fonksiyonu), iki küçük geniş bantlı ışık noktası arasındaki minimum algılanabilir mesafe belirlenerek ölçüldü. İkincisi, parlak ışığın parladığı diyaframlar kullanılarak oluşturulan harflerin tanımlanmasına dayanarak yapıldı.
Introduction
Parlama genellikle oküler ortam içindeki göz içi saçılımdan kaynaklanan optik netliğin bozulması olarak tanımlanır. Bu dağılım, görüntünün retinadaki temsilini bozar ve görsel sahnenin bozulmuş bir tasvirini üretir. Parlama ile ilgili büyük kazaların çoğu güneşin neden olduğu gündüz göz içi saçılım nedeniyle meydana gelir1. Bu köken, günün ve mevsimin zamanının (güneş konumu) sürücünün yaşı2,3. Parlamanın bir güvenlik sorunu olarak önemi göz önüne alındığında, bireysel ve grup farklılıklarını test etmek için (çoğunlukla ticari) cihazlara odaklanan birkaç metodolojik çalışma olmuştur4. Genellikle, bu bir keskinlik grafiğini veya ızgaraları çevreleyen parlak ışıklar (tipik olarak halojenler veya floresanlar) olarak kendini gösterir. Bireyin özelliklerine bağlı olarak (örneğin, oküler pigmentasyon, lens yoğunluğu)5, abutting ışıkları performansı düşüren bir örtünme parlaklığa neden olur. İlk bakışta, bu görevler yüksek yüz geçerliliğine sahip gibi görünüyor. Şekil 1A,B‘de gösterildiği gibi, artan dağılım doğrudan nesneleri örtüyor ve mevcut testler parlama kaynağının yoğunluğuna ve kişisel özelliklere atfedilebilecek varyansı yakalıyor. Bununla birlikte, testlerin birkaç dezavantajı vardır6 ve saçılımın birçok önemli yönünü değerlendirmeden bırakır. birincisi ve en belirgin olanı, günlük yaşamdaki en yaygın parlama kaynağının güneş olmasıdır.
Göz içindeki dağılım, yaş ve oküler pigmentasyon ile bileşik olan dalga boyuna karmaşık bir bağımlılığa sahiptir7. Bir testin bu doğal kaynaktan saptığını dereceye kadar, bu koşullarda görsel işlevi tahmin etme yeteneği sınırlı olabilir. Yaygın testler beyaz ışık yayan diyotlar (LED’ler) veya yana monte halojenler kullanır. 2.422 Avrupalı sürücü üzerinde yapılan erken bir çalışmada, van den Berg ve ark. göz ve görme keskinliği içindeki saçılmanın, bir deneğin görme kalitesinin nispeten bağımsız tahmin edicileri olduğunu belirterek (dağılım ve keskinlik ilişkili değildi)4. Bununla birlikte, gerçek dünyada, parlama genellikle doğrudan görüntülenen nesneden gelir. Parlama kaynağı yukarıdan (örneğin, güneş) veya yandan (örneğin, araba farları) gelebilir, ancak örtünme parlaklığı doğrudan görüş çizgisindedir. Bu çalışmada araştırmacılar, öğle güneş ışığına(Şekil 2)yakından uyan bir ışık kaynağı seçerek ve tanımaya (basitçe algılamaya değil) dayanan ve görev ve ışık stresinin aynı anda izleyicinin doğrudan görüş alanında olduğu bir görev tasarlayarak her iki sorunu da ele almaya çalıştılar.
Görme keskinliğini azaltan örtünme parlaklığına ek olarak (görüş hattı boyunca dağılım), birçok koşul göz içindeki saçılmanın gerçek geometrisini etkiler (yani, makula içindeki sadece ileri ışık saçılımı değil) ve görme bozukluğu. Bu, halelerin ve sözcülerin ortak görünümü ile açıklanmaktadır (veya yeterince zayıflatıcı olduğunda, pozitif disfotofotozi (PDP) (örneğin, bkz. Şekil 3). PDP, kataraktlı olanlara ek olarak LASIK düzeltici cerrahi8 geçirmiş bireylerde yaygın bir yan etkidir (genellikle klinik olarak “tahammül edilemez” PDP9olarak adlandırılır – bu demografik, 70 yaş ve üzerindeki nüfusun kabaca yarısını içerir). PDP genellikle katarakt ameliyatı ile düzeltilmez, çünkü ameliyatın kendisi korneada inhomogeneities oluşturur, lens kapsülü içindeki implantın oturması kusurludur ve birçok lens tasarımı, presbiyopi gibi bazı sorunları ele alırken, spoking ve haleler gibi başkalarını oluşturur. Örneğin, Buckhurst ve ark. göz içi saçılımlarının farklı net göz içi lens (IOL) tasarımları arasında aynı olduğunu, ancak çok odaklı lenslerin önemli PDP10yarattığını gösterdi.
Görsel haleleri/saatleri hassas bir şekilde ölçmek için tasarlanan ilk halometre 1924 yılında Robert Elliot tarafından tanımlanmıştır. Cihaz aslında küçük diyafram açıklığına ve slayt kuralına sahip bir kutudaki bir lambaydı (önceki sürümlerde bile mumlardan görsel efektlerin çizimleri kullanıldı). Aston Halometer adlı bir cihaz nihayet pazara ulaşana kadar bu temanın çeşitli varyasyonları9’u takip etti. Bu cihaz10,11, bir tablet bilgisayarın ortasındaki parlak beyaz bir LED’e dayanır (denekler, 0,5 ° adımda santrifüj olarak hareket ederken tableti çevreleyen harfleri tanımlar). Daha önce de belirtildiği gibi, bu tasarımla ilgili bir zorluk, beyaz LED’lerin güneş için harika bir eşleşme olmamasıdır. Bir diğeri, kaynağın (tek bir LED) önemli haleleri ve parlamalı uçları teşvik etmek için yeterince parlak olmamasıdır. Araştırmacılar, ışık saçılmasını artırmak (ve tabletin yüzeyinden speküler yansımaları azaltmak) için Bangeter oklüzyon folyolarını (esasen bir difüzör) dayattılar. Bununla birlikte, bu, kaynağı şaşırtma riskiyle karşı karşıyadır (yani, saçılımların çoğu daha sonra gözün içindeki inhomogeneities’den değil difüzörden gelir-ölçülmesi gereken çok değişken). Halometrenin yeniden tasarlanması, bu sorunları gidermek için çeşitli özelliklere sahiptir. İlk olarak, güneş simülatörü12 olarak geniş bantlı ksenon kullanır ve Elliot tarafından hassas merkezli kaliperlerle tanıtılan orijinal diyafram yöntemini kullanır.
Merkezi diyaframı oluşturan ışık kalkanı, ışık yayılımını ölçmek için yavaşça ayrılabilen iki küçük diyaframa ayrılabilmesi avantajına sahiptir (esasen, davranışsal olarak türetilmiş bir nokta yayılma işlevi; bkz. Şekil 4). Bu tasarım şimdi fotokromik kontakt lenslerin optik özelliklerini değerlendirmek için son zamanlarda yapılan birkaç çalışmada kullanılmıştır13. Birlikte ele alındığında, halelerin ve uçların çapını, iki nokta ışık kaynağı (ışık yayılımı) ve parlama keskinliği arasındaki minimum mesafe, sadece bir hastanın gerçek dünya koşullarını kullanarak parlamadan muzdarip olduğunu değil, aynı zamanda nasıl. Göz içindeki ışık saçılımının davranışsal etkileri üniter bir fenomen değildir4,14,15. Bu değişkenlerin her biri, görsel işlevdeki varyansların nispeten benzersiz bir yönünü açıklar. Halolar, örneğin, öncelikle kristal lensten kaynaklanan ileri ışık saçılımından kaynaklanır. Sözcüler (esasen siliary corona) optik yol boyunca saçılan küçük parçacıklardan kaynaklanan kırınım ve sapmalardan kaynaklanır14,16.
Protocol
Representative Results
Discussion
Göz içi saçılmanın görsel sonuçları genellikle parlama engeli ve rahatsızlık olarak değerlendirilir17,18. Bu yöntemler doğrudan yoğun ışığa eşlik eden işlev bozukluğuna ve hafif ağrıya odaklanır, ancak doğrudan görüşü nasıl devre dışı bırakdığına odaklanmaz. Bununla birlikte, nasıl olduğu da önemlidir, çünkü göz içi dağılım sadece yoğun olduğunda görüşü etkilemez. Düşük yoğunluklu bir görsel görüntü bile (örneğin, düşük parlaklık, düşük kontrastlı hedefler) ışık saçılımları ile bozulabilir. Temel optik15, Strehl oranı, nokta yayılma fonksiyonu veya difüzyon indeksi (büyük ölçüde parlaklık bağımsız) ile tanımlanabilir. Daha düşük parlaklıkta bile etkili olan başka bir yöntem (bu kurulumda 10 cd/m2), iki nokta ışık kaynağının ayrılmasının ölçülenini içerir. Daha geniş bir nokta yayma işlevine sahip bireyler, iki küçük ışık noktasının farklı görünmesi için daha fazla ayırma gerektirecektir. İki küçük nokta ışık kaynağının yayılmasını ölçmenin Rayleigh kriter yöntemi uzun bir geçmişe sahiptir19. Mevcut durumda, bu yöntem ekolojik geçerliliğini artırmak için uyarlanmıştır (örneğin, öğle güneş ışığını simüle eden beyaz ksenon kullanılarak).
Şekil 5, parlama keskinlik sisteminin kavramsal bir çizimini göstermektedir. Özünde, güneş ışığını simüle eden parlak beyaz bir ışık kaynağı ile başlar (ksanon ampulleri tipik olarak iyi bir seçimdir, 1000 watt yeterli yoğunluk sağlar). Kaynaktan gelen ışık bir su banyosu (şeffaftan görünür ışığa) ile soğutulur ve daha sonra odaklanmış ve kolimlenmiş kirişlerde ışık taşıyan bir dizi lens tarafından manipüle edilir. Dairesel nötr yoğunluk filtresi, daha sonra harf şeklindeki diyaframlardan geçirilen ışığı hafifletir. Denek izole uyarandan (~7 m) sabit bir mesafede oturur ve uyaranı bir seferde tek gözle (göz kabı ile sabitlenen göz pozisyonu) bakar. Öznenin gördüğü şey, kendileri de parlama kaynağı olan bir dizi harftir. Işık belirli bir konu için çok yoğun olduğunda, tutarlı doğru tanımlama mümkün değildir. Parlama keskinliği eşikleri herhangi bir sayıda klasik psikofizik teknik kullanılarak tanımlanabilir.
Halometrenin temel tasarımı yukarıda açıklanan parlama keskinlik cihazına benzer ve aynı ışık kaynağını (yoğun bir ksenon) ve optik tablo13‘ ü kullanabilir. Farklı olan iki unsur, küçük hareketli diyaframlar ve ortalama hassas kaliperleri içeren bir ışık kalkanının tanıtılmasıdır. Işık kalkanındaki diyafram açıklığı 4 mm çapındadır ve ışık kaynağı tarafından arkadan aydınlatığıdır. Bu küçük delikten geçen geniş bant ışığı yayılan parlak bir nokta kaynağı oluşturur (gözlemcinin optik özellikleriyle belirlenen desen, bu nedenle bazıları için daha fazla konuşur, diğerleri daha dağınık halelemelere sahiptir) ve kaliperler bu geometriyi ölçmek için kullanılır. Işık kalkanındaki 4 mm diyafram açıklığı, her birinin yayılması üst üste binmeyene kadar yavaşça ayrılabilen iki küçük diyaframa (her biri 2 mm) bölünebilir. Bu mesafe (ışık kalkanındaki bir mikrometre tarafından izlenir) davranışsal olarak türetilmiş nokta yayma işlevi (iki nokta eşikleri) olarak kullanılır.
Halenin çapları (nokta kaynağının etrafındaki dağınık ışık) ve yıldız patlaması (nokta kaynağından dışarıya yayılan eşmerkezli ışınlar) limitler yöntemi kullanılarak (artan ve azalan modlarda) belirlenmiştir. Araştırmacı kaliperin çenelerini (merkezden dışa doğru) hareket ettirdi, ta ki konu kılavuzların haleyi veya yıldız patlamasını sardığını gösterene kadar. İki noktalı ölçümleri yaparken, iki küçük abutting diyaframı yavaşça birbirinden ayrılır (yatay olarak) ve denekler her ışık noktasından yayılmanın ne zaman çakışmadığını gösterir (örneğin, iki nokta arasında küçük bir siyah boşluk algıladıklarında). Sistemin teknik şeması Hammond ve ark.13tarafından tanımlanmıştır.
Işığın dağılım şeklinin ölçülmesi, sorunun doğasını (ve düzeltilmesini) öğrettir. Yıldız patlamaları (periferik sözcüler), haleler ve parlama özürlülüğü ve rahatsızlığının hepsi bireysel özelliklere sahiptir. Göz yaşlanma, hastalık9veya cerrahi8ile tehlikeye girdiğinde, bu optik fenomenler de farklı şekillerde değişir. Örneğin haleler genellikle nispeten homojen bir peçe olarak görülürken, yıldız patlamaları homojen olma ve çevreye yayılma eğilimindedir. Bu model Hammond ve ark.13tarafından açıkça gösterilmiştir.
Bu farklı desenler, farklı düzeltme türlerine ihtiyaç olduğunu ima eder7. Örneğin, makula pigmentlerinin (makulada yoğunlaşan sarı pigmentler) merkezi parlamayı (görüş hattında hafif peçeleme) düzeltmek için yararlı olduğu gösterilmiştir20. Bununla birlikte, bu pigmentler sadece retina foveasının içinde ve çevresinde olduğu için, o bölgenin dışındaki ışık saçağınıetkilemezler 21. Bu amaçla, gözün daha ön kısmında filtre uygulamak, renkli gözlük22, kontakt lensler13veya göz içi implantlar23gibi arzu edilir. Her şeyin eşit olması, optimal parlama keskinliğine sahip bireyler, harfleri zayıf parlama keskinliğine sahip olanlardan çok daha yüksek yoğunluklarda ayırt edebilir.
Geçmiş çalışmalar ayrıca ışık saçılım önlemlerinin görme keskinliği4gibi daha yaygın olarak ölçülen metriklerle iyi ilişkili olmadığını göstermiştir. Bu, doğrudan keskinlik yargılarıyla (Snellen Grafiğine benzer) dolanan hafif bir saçılma yönteminin geliştirilmesini motive etti. Önceki yöntemler, tanımanın aksine algılama veya çözünürlüğe (örneğin, farklı frekansta ızgaralar içindeki tek tek çubukları görmeye) dayanıyordu. Ancak, tanıma keskinliği, diğer formlar gibi, bir görüntü içindeki iki öğe arasındaki zıtlığa bağlıdır. Işık saçılım bu farkı düşürebilir ve mevcut parlama keskinlik değerlendirmelerinde bağımlı ölçüydü. Bu genç, büyük ölçüde homojen örneğin ampirik sonuçlarında gösterildiği gibi, her şey eşittir, ışığın gerçek dünya koşullarında görsel işlevi nasıl etkilediğine dair büyük bireysel farklılıklar vardır.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Yazarlar, halometre verilerinin toplanmasında yardımlarından dolayı Dr. Sarah Saint’e teşekkür etmek istiyor.
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 | |
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., 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).
