Metodologia basata sulla scansione della luce di scansione (SLPS) per valutare quantitativamente la diffusione della luce avanti e indietro dalle lenti intraoculari
Summary
Questo protocollo descrive il profilatore di scansione della luce di scansione (SLSP) che consente la valutazione quantitativa a tutto angolo della diffusione avanzata e indietro della luce dalle lenti intraoculari (IOL) usando i principi di goniopoptometro.
Abstract
La metodologia SLSP (scanning light scattering profiling) è stata sviluppata per la valutazione quantitativa a tutto angolo della diffusione della luce avanti e indietro dalle lenti intraoculari (IOL) usando i principi di goniopoptometro. Questo protocollo descrive la piattaforma SLSP e come utilizza un sensore di rotazione rotore a 360 ° che viene scansionato attorno ad un campione IOL durante la registrazione dell'intensità e della posizione della luce sparsa mentre passa attraverso il mezzo IOL. La piattaforma SLSP può essere utilizzata per predire, non clinicamente, la propensione per disegni e materiali IOL attuali e nuovi per indurre scattering light. La valutazione non-clinica delle proprietà di scattering della luce degli IOL può ridurre significativamente il numero di reclami dei pazienti relativi a riflessi indesiderati, scintillanti, difetti ottici, qualità dell'immagine scarsa e altri fenomeni associati con la diffusione della luce involontaria. Studi futuri dovrebbero essere condotti per correlare i dati SLSP con i risultati clinici per aiutare a identificareChe misurata la dispersione della luce è più problematica per i pazienti che hanno subito un intervento di cataratta dopo l'impianto di IOL.
Introduction
L'approccio di profilazione di scattering light scanning (SLSP) è stato introdotto per soddisfare la necessità di valutare quantitativamente le caratteristiche di scattering della luce delle lenti intraoculari (IOL) in un ambiente non clinico 1 . Sviluppare una metodologia di test per valutare le tendenze di diffusione della luce dei disegni e dei materiali IOL è di notevole interesse per aiutare a identificare potenziali problemi di scarsità di luce indesiderata. La diffusione della luce è comunemente riportata dai pazienti e osservata come riflesso, scintillanti, imperfezioni ottiche e altre forme di disfotopsia 2 , a volte portando a un paziente che richiede l'esplorazione dell'IOL. Oltre alla disfotopsia, la luce sparsa riduce la quantità di luce ballistica, con conseguente minore qualità dell'immagine complessiva 3 . Sviluppare un dispositivo che possa valutare non clinicamente il potenziale IOL per spargere la luce in entrata (e successivamente correlata con risultati clinicamente segnalati) cUn essere utile.
La valutazione delle proprietà ottiche degli IOL (l'obiettivo usato per sostituire l'obiettivo cristallino umano dopo la chirurgia della cataratta) è particolarmente interessante in quanto è il dispositivo medico più diffuso al mondo (quasi 20 milioni all'anno) 4 e gli Stati Uniti (oltre 3 Milioni all'anno) 5 . Di conseguenza, anche una piccola percentuale di pazienti che riferiscono di disfotopsia può avere un grande impatto. Inoltre, le tecnologie che migliorano rapidamente ( ad esempio i nuovi disegni IOL, i materiali e le capacità ottiche) hanno la possibilità di aumentare le preoccupazioni legate alla dispersione leggera. Ad esempio, IOL multifocali sono stati progettati per migliorare l'acuità visiva prossima e lontana progettando obiettivi che utilizzano principi ottici di rifrazione e diffrazione. Anche se molto successo, questi obiettivi sono stati anche scoperti per aumentare la quantità di aloni segnalati e abbagliamento, in gran parte associati alla dispersione della luce 6 </sup>.
Alcuni studi di laboratorio non clinici tentano di prevedere disfotopsia dalla luce sparsa mentre passa attraverso IOLs 7 . Ad esempio, la ricerca ha identificato che gli IOL haptics (i bracci dell'IOL utilizzati per metterlo in atto) e il bordo delle IOL sono inclini ad indurre una grande quantità di luce vivida osservata 8 . Un metodo, un metodo di rimozione del globo fotonico-ballista (BRIM), è stato introdotto per misurare quantitativamente la quantità di luce totale non balistica dopo aver superato un IOL 9 . Tuttavia, questa tecnica altamente sensibile è progettata per misurare l'intensità totale della luce sparsa e non è in grado di identificare la direzione della luce sparsa. Il software di simulazione del calcolatore può essere utilizzato con gli occhi del modello per aiutare a prevedere l'intensità e la direzione del dispersione di luce da diversi disegni e materiali IOL. Ad esempio, la propensione per il bordo IOL per indurre il lighLa dispersione è stata simulata per identificare disegni che limiterebbero la quantità di luce sparsa 10 . Inoltre, le simulazioni informatiche che incorporavano la teoria della dispersione Mie hanno verificato che l'aumento della diffusione della luce può ridurre la funzione di trasferimento di modulazione (MTF) dell'IOL (una correlazione diretta alla qualità dell'immagine) 3 . Sebbene siano utili, prove reali di banco sarebbero necessarie per verificare queste simulazioni predittive.
Per verificare le simulazioni predittive è necessario un test di banco in grado di rilevare e valutare quantitativamente due forme distinte di luce sparsa, luce sparsa in avanti e indietro. Sebbene non sia una fonte di disfotopsia, la luce sparsa indietro (luce sparita dall'occhio) è una causa di riduzione della qualità dell'immagine, poiché meno luce passa attraverso l'IOL per raggiungere la retina in ultima analisi. La luce sparsa avanzata (luce sparpagliata verso la retina) è una preoccupazione per gli oculisti in quanto essoPossono causare reclami di disfotopsia ( ad es. Riflesso, aureola e brillanti). Un esempio comune è che i pazienti che segnalano un incandescenza indesiderata aggiuntiva dalle automobili in arrivo durante la guida notturna; Questo problema è particolarmente comune con gli IOL multifocali 11 . Tuttavia, la pratica corrente per identificare la potenziale luce sparsa in avanti è che gli oculisti possano illuminare l'occhio del paziente e osservare qualitativamente quanta luce si riflette indietro (luce sparsa indietro) e supponendo che la luce sparsa indietro sarà approssimativamente uguale a quella in avanti sparse Luce (che non è sempre il caso) 12 .
Qui descriviamo una semplice metodologia di prova usando i principi di goniopotometria per misurare quantitativamente la grandezza e la direzione della luce sparsa passando attraverso una lente intraoculare. La SLSP funziona ruotando un sensore fotodiodo di 360 gradi attorno ad un IOL esposto ad una luce sVedi la Figura 1a . Abbiamo scelto una sorgente laser verde (543 nm) per rappresentare al meglio il massimo noto fotopico e ad accettare le specifiche internazionali standard 13 . Qui, un IOL è adattato su un supporto di rotazione e traslazione in cui un sensore fotodiodo può circolare e osservare la dispersione della luce dall'obiettivo. Di conseguenza, la SLSP ha la capacità unica di misurare quantitativamente la grandezza e la direzionalità della luce sparsa. Tuttavia, anche se non qui descritto, per migliori capacità predittive, gli esperimenti dovrebbero essere condotti in un ambiente controllato utilizzando un appropriato modello di occhio. La distanza tra l'IOL e il sensore ottico (nonché la dimensione dell'elemento sensore) determinerà le capacità di risoluzione del dispositivo; Tuttavia, ci sarà un compromesso tra la risoluzione e la forza del segnale che dovranno essere regolati, se necessario.
Per descrivere con precisione il principioDella piattaforma SLSP si definiscono tre tipi di angoli di rotazione, vedi figure 1b e 1c . In particolare, l'angolo di rotazione (˚R) rappresenta la rotazione di un sensore fotodiodo in quanto ruota attorno ad un IOL. Qui, 0˚R rappresenterebbe quando il sensore è dietro l'obiettivo (luce sparsa indietro) e 180˚R rappresenta quando il sensore è di fronte all'obiettivo (luce sparsa in avanti). Angoli di 90 ° e 270 ° rappresentano i punti di transizione tra luce sparsa in avanti e indietro. L'angolo di rilevamento (˚S) rappresenta i gradi in cui il sensore è ruotato (in alto e in basso) in modo da poter rilevare più di un piano di luce sparsa. Qui, 0˚S significa che la superficie del sensore è parallela all'IOL (e alla sorgente luminosa). Infine, l'angolo di incidenza (˚I) rappresenta l'angolo che la sorgente luminosa sta avvicinando all'IOL. Qui, 0˚I corrisponde a quando la luce incidente è sull'asse ottico del IOL e 90 &# 730; Rappresenterebbe quando la sorgente luminosa è perpendicolare al piano Meridionale.
Protocol
Representative Results
Discussion
I risultati degli esperimenti della piattaforma SLSP hanno scoperto che l'utilizzo di semplici principi di goniopotometria può portare ad un potente strumento per valutare le proprietà di spettro luminoso associate a disegni e materiali IOL unici. In particolare, la piattaforma SLSP ha osservato una correlazione diretta tra la quantità di luce sparsa rilevabile e il diametro del fascio della sorgente luminosa. Inoltre, i picchi multipli dispersi in IOL multifocali sono stati facilmente osservati con il SLSP. Inol…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Gli autori vorrebbero ringraziare le aziende per l'accesso dei loro IOL monofocali e multifocali. Questo lavoro è stato sostenuto da Oak Ridge Institute per la Scienza e l'istruzione (ORISE) e il Medical Device Fellowship Program (MDFP) ei loro contributi sono apprezzati. Inoltre, gli autori ringraziano Samuel Song per i suoi contributi in laboratorio.
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
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