Scanning Light Scattering Profiler (SLPS) gebaseerde methodologie om kwantitatief te evalueren voorwaartse en achterwaartse lichtverspreiding van intraculaire objectieven
Summary
Dit protocol beschrijft de scanning lichtverstrooiingsprofiel (SLSP) die de full-angle kwantitatieve evaluatie van voorwaartse en achterwaartse verstrooiing van licht van intraoculaire lenzen (IOL's) mogelijk maakt met behulp van goniophotometerprincipes.
Abstract
De scanning light scattering profiler (SLSP) methodologie is ontwikkeld voor de full-angle kwantitatieve evaluatie van voorwaartse en achterwaartse lichtverspreiding van intraoculaire lenzen (IOL's) met behulp van goniophotometer principes. Dit protocol beschrijft het SLSP platform en hoe het gebruik maakt van een 360 ° roterende fotodetector sensor die wordt gescand rond een IOL-monster, terwijl de intensiteit en locatie van het verstrooide licht worden geregistreerd als het door het IOL medium gaat. Het SLSP-platform kan gebruikt worden voor het voorspellen, niet-klinisch, de neiging voor huidige en nieuwe IOL-ontwerpen en materialen om lichtverspreiding te veroorzaken. Niet-klinische evaluatie van lichtverstrooiende eigenschappen van IOL's kan het aantal patiëntenklachten in verband met ongewenste bliksem, glinstering, optische defecten, slechte beeldkwaliteit en andere fenomenen die verband houden met de onbedoelde lichtverspreiding aanzienlijk verminderen. Toekomstige studies moeten worden uitgevoerd om SLSP-gegevens te correleren met klinische resultaten om te helpen identificerenWelke gemeten lichtverspreiding is het meest problematisch voor patiënten die cataractchirurgie hebben ondergaan na de implantatie van IOL.
Introduction
De aanpak van de scanning light scattering profiler (SLSP) werd voor het eerst geïntroduceerd om de behoefte aan kwantitatieve evaluatie van de lichtverspreidingskarakteristieken van intraoculaire lenzen (IOL's) in een niet-klinische omgeving 1 te beoordelen. Het ontwikkelen van een testmethode om de lichtverspreidende tendensen van IOL-ontwerpen en materialen te evalueren is van groot belang om te helpen bij het identificeren van mogelijke ongewenste lichtverstrooiingsproblemen. Lichte verspreiding wordt meestal door patiënten gemeld en waargenomen als glans, glinstering, optische onvolkomenheden en andere vormen van dysphotopsia 2 , die soms leiden tot een patiënt die de IOL-explantatie aanvraagt. Naast dysphotopsia vermindert het verstrooide licht de hoeveelheid ballistisch licht, wat resulteert in een lagere algemene beeldkwaliteit 3 . Het ontwikkelen van een apparaat dat het IOL-potentieel niet-klinisch kan evalueren om het inkomende licht te verspreiden (en later gecorreleerd met klinisch gerapporteerde resultaten) cEen nuttig zijn.
Het beoordelen van de optische eigenschappen van IOL's (de lens die de menselijke kristallijne lens vervangt na de cataractoperatie) is van bijzonder belang omdat het het meest geïmplanteerde medische hulpmiddel ter wereld is (bijna 20 miljoen per jaar) 4 en de Verenigde Staten (meer dan 3 Miljoen per jaar) 5 . Als gevolg daarvan kan zelfs een klein percentage patiënten die dysphotopsie rapporteren een grote impact hebben. Daarnaast kunnen snel verbeterende technologieën ( bijv. Nieuwe IOL-ontwerpen, materialen en optische mogelijkheden) de problemen opleveren die verband houden met lichtverstrooiing. Bijvoorbeeld, multifocale IOL's zijn ontworpen om de buurt- en verre scherpte te verbeteren door lenses te ontwerpen die brekings- en diffractie optische principes gebruiken. Hoewel zeer succesvol, zijn deze lenzen ook gevonden om de hoeveelheid gerapporteerde halo's en glans te verhogen, grotendeels geassocieerd met verstrooiing van licht 6 </sup>.
Enkele niet-klinische laboratoriumstudies proberen dysphotopsia te verspreiden van verspreid licht, aangezien het door IOL's 7 gaat . Bijvoorbeeld, onderzoek heeft vastgesteld dat IOL haptics (de armen van de IOL het op zijn plaats zetten) en de rand van de IOL's geneigd zijn om een groot deel van het waargenomen schitterende licht 8 te induceren. Een methode, een ballistisch-foton verwijderen integratie-bolmethode (BRIM), werd ingevoerd om de hoeveelheid totaal niet-ballistisch licht kwantitatief te meten na het doorlopen van een IOL 9 . Deze zeer gevoelige techniek is echter ontworpen om de totale intensiteit van verstrooid licht te meten en kan de richting van het verstrooide licht niet identificeren. Computersimulatiesoftware kan gebruikt worden met modeloogjes om de intensiteit en richting van lichtverdeling van verschillende IOL-ontwerpen en materialen te voorspellen. Bijvoorbeeld, de geneigdheid voor de IOL rand om de ligh inducerenT verstrooiing was gesimuleerd om ontwerpen te identificeren die de hoeveelheid verstrooid licht zou beperken 10 . Bovendien hebben computersimulaties die de Mie scattering theorie bevatten, gecontroleerd dat verhoogde lichtverspreiding de modulatie-overdrachtsfunctie (MTF) van de IOL kan verminderen (een directe correlatie met beeldkwaliteit) 3 . Hoewel nuttig, zouden echte bench tests nodig zijn om deze predictieve simulaties te verifiëren.
Om voorspellende simulaties te verifiëren is een bench test nodig die in staat is om twee verschillende vormen van verspreid licht, vooruit verspreid en achteruit verspreid licht te detecteren en kwantitatief te evalueren. Hoewel niet een bron van dysphotopsia is, is achteruit verspreid licht (licht verstrooiing van het oog) een oorzaak voor verminderde beeldkwaliteit, aangezien minder licht door de IOL gaat om uiteindelijk het netvlies te bereiken. Voorwaarts verstrooid licht (licht verstrooiing naar het netvlies) is een zorg voor oogheelkundigen als hetKan leiden tot klachten van dysphotopsie ( bijv. Schittering, halo en glinstering). Een algemeen voorbeeld is patiënten die extra ongewenste bliksem rapporteren bij het overlijden van aankomende auto's tijdens de nacht rijden. Dit probleem is vooral gebruikelijk met multifocale IOLs 11 . De huidige praktijk om potentiële vooruitstrooide lichten te identificeren is echter dat oogheelkundigen licht op het oog van de patiënt schijnen en kwalitatief observeren hoeveel licht wordt teruggevonden (achterwaarts verstrooid licht) en ervan uitgegaan dat het achterwaartse verstrooide licht ongeveer hetzelfde zal zijn als de voorwaartse verspreide Licht (wat niet altijd het geval is) 12 .
Hier beschrijven we een eenvoudige testmethode met behulp van goniophotometry-principes om de grootte en richting van verstrooid licht te kwantitatief te meten en door een intraoculaire lens te gaan. De SLSP werkt door een fotodiode sensor 360 graden rond een IOL te draaien die blootgesteld wordt aan een licht sWezen, zie figuur 1a . We kozen voor een groene laserbron (543 nm) om het bekende fotopic maximum te vertegenwoordigen en in overeenstemming te zijn met de internationale standaardspecificaties 13 . Hier is een IOL aangepast op een rotatie- en translatiehouder waar een fotodiodesensor rond kan cirkelen en lichtverspreiding van de lens waarneemt. Als gevolg daarvan heeft de SLSP de unieke mogelijkheid om de grootte en de richting van het verspreide licht kwantitatief te meten. Hoewel, hoewel niet hier beschreven, voor betere voorspellende mogelijkheden, moeten experimenten worden uitgevoerd binnen een gecontroleerde omgeving met behulp van een geschikt oogmodel. De afstand tussen de IOL en de optische sensor (evenals de grootte van het sensorelement) bepaalt de resolutie mogelijkheden van het apparaat; Er zal echter een afwijking zijn tussen de resolutie en de signaalsterkte die nodig moet worden aangepast.
Om het principe nauwkeurig te omschrijvenVan het SLSP-platform definiëren wij drie soorten rotatiehoeken, zie figuren 1b en 1c . Specifiek, de rotatiehoek (˚R) vertegenwoordigt de rotatie van een fotodiodensensor als het om een IOL draait. Hier zou 0˚R vertegenwoordigen wanneer de sensor achter de lens ligt (achteruit verstrooid licht) en 180˚R vertegenwoordigt wanneer de sensor voor de lens staat (vooruit verstrooid licht). Hoeken van 90˚ en 270˚ vertegenwoordigen de overgangspunten tussen vooruit en achteruit verstrooid licht. De sensorhoek (˚S) vertegenwoordigt graden die de sensor draait (in de omhoog en omlaag) zodat het meer dan één vlak van verstrooid licht kan detecteren. Hier betekent 0˚S dat het sensoroppervlak evenwijdig is aan de IOL (en lichtbron). Ten slotte vertegenwoordigt de invalshoek (˚I) de hoek die de lichtbron naar de IOL nadert. Hier komt 0˚I overeen met wanneer het invallende licht op de optische as van de IOL en 90 &# 730; Zou vertegenwoordigen wanneer de lichtbron loodrecht op het Meridionale vlak ligt.
Protocol
Representative Results
Discussion
Uit de resultaten van de SLSP-platform experimenten is gebleken dat met behulp van eenvoudige goniophotometrie principes kunnen leiden tot een krachtig instrument voor het evalueren van de eigenschappen van lichtverdeling in verband met unieke IOL-ontwerpen en materialen. Specifiek heeft het SLSP-platform een directe correlatie tussen de hoeveelheid detecteerbaar verstrooid licht en de straaldiameter van de lichtbron waargenomen. Bovendien werden de meervoudige verstrooide pieken gevonden in multifocale IOL's …
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
De auteurs willen de bedrijven bedanken voor de toegang van hun monofocale en multifocale IOL's. Dit werk werd ondersteund door het Oak Ridge Institute for Science and Education (ORISE) en het Medical Device Fellowship Program (MDFP) en hun bijdragen worden gewaardeerd. Daarnaast willen de auteurs Samuel Song bedanken voor zijn bijdragen in het laboratorium.
Materials
| PD300 series Photodiode Sensor | Ophir-Spiricon Corp | 7Z02410 | PD300-1W, RoHS |
| URS Series Precision Rotation Stage | Newport Corp. | URS75BCC | |
| ESP301 1-Axis Motion Controller and Driver | Newport Corp. | ESP301-1N | |
| LabView Software | National Instruments Corp. | 776671-35 | |
| Origin | OriginLab Corp. | N/A | |
| Single Mode FC/APC Fiber Optic Patch Cables | ThorLabs Inc. | P3-460B-FC | |
| 10X Olympus Plan Achromat Objective | ThorLabs Inc. | RMS10X | RMS10X – 10X Olympus Plan Achromat Objective, 0.25 NA, 10.6 mm WD |
Riferimenti
- Walker, B. N., James, R. H., Calogero, D., Ilev, I. K. A novel full-angle scanning light scattering profiler to quantitatively evaluate forward and backward light scattering from intraocular lenses. Rev. Sci. Instrum. 86 (9), (2015).
- Vandenberg, T. On the relation between glare and straylight. Doc. Ophthalmol. 78 (3-4), 177-181 (1991).
- De Hoog, E., Doraiswamy, A. Evaluation of the impact of light scatter from glistenings in pseudophakic eyes. J. Cataract. Refract. Surg. 40 (1), 95-103 (2014).
- . . Global Intraocular Lens Market 2013-18: Industry Nanotechnology Analysis, Size, Share, Strategies, Growth, Trends and Forecast Research Report. , (2013).
- Congdon, N., et al. Prevalence of cataract and pseudophakia/aphakia among adults in the United States. Arch. Ophthalmol. 122 (4), 487-494 (2004).
- Mester, U., et al. Impact of Personality Characteristics on Patient Satisfaction After Multifocal Intraocular Lens Implantation: Results From the "Happy Patient Study". J. Refractive Surg. 30 (10), 674-678 (2014).
- Ferrer-Blasco, T., Montes-Mico, R., Cervino, A., Alfonso, J. F. Light Scatter and Disability Glare After Intraocular Lens Implantation. Arch. Ophthalmol. 127 (4), 576-577 (2009).
- Landry, R. J., Ilev, I. K., Pfefer, T. J., Wolffe, M., Alpar, J. J. Characterizing reflections from intraocular lens implants. Eye. 21 (8), 1083-1086 (2007).
- Kim, D. H., James, R. H., Landry, R. J., Calogero, D., Anderson, J., Ilev, I. K. Quantification of glistenings in intraocular lenses using a ballistic-photon removing integrating-sphere method. Appl. Opt. 50 (35), 6461-6467 (2011).
- Portney, V. IOL with Square-Edged Optic and Reduced Dysphotopsia. Optom. Vis. Sci. 89 (2), 229-233 (2012).
- Choi, J., Schwiegerling, J. Optical performance measurement and night driving simulation of ReSTOR, ReZoom, and Tecnis multifocal intraocular lenses in a model eye. J. Refractive Surg. 24 (3), 218-222 (2008).
- Artigas, J. M., Felipe, A., Navea, A., Carmen Garcia-Domene, M., Pons, A., Mataix, A. Determination of scattering in intraocular lenses by spectrophotometric measurements. J. Biomed. Opt. 19 (12), (2014).
- . Ophthalmic implants – Intraocular lenses Part 2: Optical properties and test methods. The International Organization for Standardization (ISO). ISO 11979 (2), (2014).
