Scanning Light Scattering Profiler (SLPS) basierte Methodik zur quantitativen Bewertung von Vorwärts- und Rücklichtlichtstreuung aus Intraokularlinsen
Summary
Dieses Protokoll beschreibt den Scanning-Light-Scattering-Profiler (SLSP), der die Vollwinkel-quantitative Auswertung der Vorwärts- und Rückwärtsstreuung von Licht aus Intraokularlinsen (IOLs) unter Verwendung von Goniophotometer-Prinzipien ermöglicht.
Abstract
Die Methode der Scanning Light Scattering Profile (SLSP) wurde für die Vollwinkel-quantitative Auswertung der Vorwärts- und Rücklichtstreuung von Intraokularlinsen (IOLs) unter Verwendung von Goniophotometer-Prinzipien entwickelt. Dieses Protokoll beschreibt die SLSP-Plattform und wie sie einen 360 ° Rotations-Photodetektorsensor einsetzt, der um eine IOL-Probe gescannt wird, während die Intensität und die Position des gestreuten Lichts aufgezeichnet wird, wenn es durch das IOL-Medium hindurchgeht. Die SLSP-Plattform kann verwendet werden, um die Neigung zu aktuellen und neuartigen IOL-Designs und Materialien, um Lichtstreuung zu induzieren, nicht klinisch vorhersagen. Die nicht-klinische Bewertung der Lichtstreuungseigenschaften von IOLs kann die Anzahl der Patientenbeschwerden, die sich auf unerwünschte Blendung, glänzende, optische Defekte, schlechte Bildqualität und andere Phänomene beziehen, die mit der unbeabsichtigten Lichtstreuung verbunden sind, erheblich reduzieren. Zukünftige Studien sollten durchgeführt werden, um SLSP-Daten mit klinischen Ergebnissen zu korrelieren, um zu identifizierenDie gemessene Lichtstreuung ist am problematischsten für Patienten, die Katarakt-Chirurgie nach IOL-Implantation unterzogen wurden.
Introduction
Der Ansatz der Scanning Light Scattering Profile (SLSP) wurde zuerst eingeführt, um die Notwendigkeit zu adressieren, die Lichtstreuungseigenschaften von Intraokularlinsen (IOLs) in einer nicht-klinischen Einstellung 1 quantitativ zu bewerten. Die Entwicklung einer Testmethodik zur Bewertung der Lichtstreuungstendenzen von IOL-Designs und Materialien ist von großem Interesse, um potenzielle unerwünschte Lichtstreuungsprobleme zu identifizieren. Lichtstreuung wird häufig von Patienten gemeldet und als Blendung, glänzende, optische Unvollkommenheiten und andere Formen der Dysphotopsie 2 beobachtet, die manchmal zu einem Patienten führt, der die IOL-Explantation anfordert. Zusätzlich zu Dysphotopsie reduziert Streulicht die Menge an ballistischem Licht, was zu einer geringeren Gesamtbildqualität führt 3 . Entwickeln einer Vorrichtung, die das IOL-Potential nicht klinisch bewerten kann, um das ankommende Licht zu zerstreuen (und später mit klinisch gemeldeten Ergebnissen korreliert) cEin nützlich sein
Die Auswertung der optischen Eigenschaften von IOLs (die Linse, die verwendet wird, um die menschliche kristalline Linse nach Kataraktchirurgie zu ersetzen) ist von besonderem Interesse, da sie das am häufigsten implantierte medizinische Gerät in der Welt ist (fast 20 Millionen pro Jahr) 4 und die Vereinigten Staaten (über 3 Millionen pro Jahr) 5 . Infolgedessen kann sogar ein kleiner Prozentsatz der Patienten, die Dysphotopsie berichten, einen großen Einfluss haben. Darüber hinaus haben rasch verbesserte Technologien ( z. B. neue IOL-Designs, Materialien und optische Fähigkeiten) das Potenzial, Bedenken hinsichtlich der Lichtstreuung zu erhöhen. Zum Beispiel wurden multifokale IOLs entworfen, um die Nah- und Fernsehschärfe zu verbessern, indem sie Linsen entwickeln, die Brechungs- und Beugungsoptiken verwenden. Obwohl sehr erfolgreich, haben diese Linsen auch festgestellt, dass die Menge der gemeldeten Halos und Blendung, weitgehend mit Streuung von Licht verbunden 6 zu erhöhen </sUp>.
Ein paar nicht-klinische Laboruntersuchungen versuchen, Dysphotopsien vor Streulicht vorzugeben, wenn es durch IOLs 7 geht . Zum Beispiel hat die Forschung festgestellt, dass IOL Haptik (die Arme der IOL verwendet, um es an Ort und Stelle) und die Kante der IOLs sind anfällig für eine große Menge der beobachteten Blendung Streulicht 8 induzieren. Ein Verfahren, ein ballistisches Photon, das die Integrations-Sphäre-Methode (BRIM) entfernt, wurde eingeführt, um die Menge des gesamten nicht-ballistischen Lichts nach Durchlaufen einer IOL 9 quantitativ zu messen. Diese hochempfindliche Technik ist jedoch dazu bestimmt, die Gesamtintensität des Streulichts zu messen und ist nicht in der Lage, die Richtungsabhängigkeit des Streulichts zu identifizieren. Computer-Simulationssoftware kann mit Modellaugen verwendet werden, um die Intensität und Richtcharakteristik der Lichtstreuung von verschiedenen IOL-Designs und Materialien vorhersagen zu können. Zum Beispiel die Neigung für die IOL-Kante, um das Licht zu induzierenT-Streuung wurde simuliert, um Konstruktionen zu identifizieren, die die Menge des gestreuten Lichts beschränken würden 10 . Darüber hinaus haben Computersimulationen, die die Mie-Streuungstheorie beinhalteten, verifiziert, dass eine erhöhte Lichtstreuung die Modulationsübertragungsfunktion (MTF) der IOL (eine direkte Korrelation zur Bildqualität) reduzieren kann. Obwohl hilfreich, echte Bench-Tests wäre notwendig, um diese prädiktiven Simulationen zu überprüfen.
Um prädiktive Simulationen zu überprüfen, ist ein Bench-Test notwendig, der in der Lage ist, zwei verschiedene Formen von Streulicht, vorwärts gestreutem und rückwärts gestreutem Licht zu detektieren und quantitativ auszuwerten. Obwohl es sich nicht um eine Quelle von Dysphotopsien handelt, ist das rückwärts verstreute Licht (Licht, das vom Auge abstreut) eine Ursache für eine reduzierte Bildqualität, da weniger Licht durch die IOL geht, um schließlich die Netzhaut zu erreichen. Vorwärts verstreutes Licht (Lichtstreuung zur Netzhaut) ist für Ophthalmologen ein AnliegenKann zu Beschwerden von Dysphotopsie ( zB Blendung, Halo und Glitzern) führen. Ein häufiges Beispiel sind die Patienten, die zusätzliche unerwünschte Blendung von vorbeifahrenden Autos während der Nacht fahren; Diese Frage ist besonders bei multifokalen IOLs 11 üblich. Allerdings ist die gegenwärtige Praxis, potenzielles vorwärts gestreutes Licht zu identifizieren, für Augenärzte, um Licht auf das Auge des Patienten zu leuchten und qualitativ zu beobachten, wieviel Licht zurück reflektiert wird (rückwärts gestreutes Licht) und unter der Annahme, dass das rückwärts gestreute Licht ungefähr gleich ist wie das Vorwärtsstreuung Licht (was nicht immer der Fall ist) 12 .
Hier beschreiben wir eine einfache Testmethodik unter Verwendung von Goniophotometrie-Prinzipien, um die Größe und Richtung des gestreuten Lichts quantitativ zu messen, indem sie eine Intraokularlinse durchläuft. Der SLSP arbeitet durch Drehen eines Photodiodensensors um 360 Grad um eine IOL, die einem Licht s ausgesetzt istOurce, siehe Abbildung 1a . Wir wählten eine grüne Laserquelle (543 nm), um das bekannte photopische Maximum am besten darzustellen und den internationalen Standardspezifikationen zu entsprechen 13 . Hier wird ein IOL auf einen Rotations- und Translationshalter angepasst, in dem ein Photodiodensensor umkreisen und die Lichtstreuung der Linse beobachten kann. Infolgedessen hat der SLSP die einzigartige Fähigkeit, die Größe und die Richtcharakteristik des Streulichts quantitativ zu messen. Jedoch, obwohl hier nicht beschrieben, für bessere prädiktive Fähigkeiten, sollten Experimente innerhalb einer kontrollierten Umgebung unter Verwendung eines geeigneten Augenmodells durchgeführt werden. Der Abstand zwischen dem IOL und dem optischen Sensor (sowie die Größe des Sensorelements) bestimmt die Auflösungsmöglichkeiten des Gerätes; Allerdings wird es einen Kompromiss zwischen Auflösung und Signalstärke geben, die nach Bedarf angepasst werden muss.
Um das Prinzip zu beschreibenEs der SLSP-Plattform definieren wir drei Arten von Drehwinkeln, siehe Abb. 1b und 1c . Insbesondere stellt der Drehwinkel (˚R) die Drehung eines Photodiodensensors dar, während er sich um eine IOL dreht. Hier würde 0˚R darstellen, wenn der Sensor hinter der Linse steht (rückwärts gestreutes Licht) und 180˚R repräsentiert, wenn der Sensor vor der Linse steht (vorwärts gestreutes Licht). Winkel von 90˚ und 270˚ stellen die Übergangspunkte zwischen vorwärts und rückwärts gestreutem Licht dar. Der Erfassungswinkel (˚S) stellt Grad dar, dass der Sensor in der Auf- und Abwärtsrichtung geschwenkt wird, so dass er mehr als eine Ebene von Streulicht erkennen kann. Hier bedeutet 0˚S, dass die Sensorfläche parallel zur IOL (und Lichtquelle) ist. Schließlich stellt der Einfallswinkel (˚I) den Winkel dar, den die Lichtquelle der IOL nähert. Hier entspricht 0˚I, wenn das einfallende Licht auf der optischen Achse der IOL und 90 &# 730; Würde darstellen, wenn die Lichtquelle senkrecht zur Meridionalebene ist.
Protocol
Representative Results
Discussion
Die Ergebnisse der SLSP-Plattform-Experimente haben ergeben, dass die Verwendung einfacher Goniophotometrie-Prinzipien zu einem leistungsfähigen Werkzeug zur Bewertung der Eigenschaften von Lichtstreuung führen kann, die mit einzigartigen IOL-Designs und Materialien verbunden ist. Insbesondere hat die SLSP-Plattform eine direkte Korrelation zwischen der Menge des detektierbaren Streulichts und dem Strahldurchmesser der Lichtquelle beobachtet. Darüber hinaus wurden die vielfach verstreuten Peaks, die in multifokalen I…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Die Autoren bedanken sich bei den Firmen für den Zugang zu ihren monofokalen und multifokalen IOLs. Diese Arbeit wurde vom Oak Ridge Institut für Wissenschaft und Bildung (ORISE) und dem Medical Device Fellowship Program (MDFP) unterstützt und ihre Beiträge werden geschätzt. Darüber hinaus möchten die Autoren Samuel Song für seine Beiträge im Labor danken.
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 |
References
- 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).
