Percepčně kalibrovaná stupnice optických aberací (SOOA)

OBSAH POPIS PROJEKTU Percepčně kalibrovaná škála optických aberací, generovaných multifokálními korekčními čočkami Vědecké pozadí: V důsledku postupujícího stárnutí populace, zejména ve vyspělých zemích, stále více ekonomicky aktivních lidí funguje po operaci šedého zákalu. V Polsku je ročně způsobilých k takovému postupu přibližně 250 000 pacientů. Při ní je přirozená oční čočka s výrazně omezenou průhledností nahrazena umělým implantátem, což způsobuje ztrátu akomodace oka. Pro zajištění plnohodnotného funkčního vidění (vidění na blízko, nepřímé i do dálky) se nejčastěji používají implantáty ve formě multifokálních čoček, které se v posledních letech staly předmětem intenzivního výzkumu v oblasti zrakové optiky a optometrie . Hledání optimálních řešení pro kompenzaci nedostatku akomodace je jakýmsi kompromisem mezi hloubkou zorného pole a jeho rozlišením a kontrastem. Často se vedlejším efektem zvětšování rozsahu pozorovacích vzdáleností stávají různé typy aberací způsobujících zkreslení viděných scén v podobě oslnění a halo Fenomény oslnění a halo jsou přirozeným důsledkem optických vlastností multifokálních čoček. tj. čočky, které vytvářejí dvě nebo více ohnisek světelného ohniska podél optické osy. Takové čočky umožňují ostré zobrazení na obrazovce sítnice oka současně objektů z několika vzdáleností. Zaostřený obraz bodového objektu (přísně malé úhlové velikosti) umístěný v jedné z návrhových vzdáleností je rozmazaný ve druhé. Uprostřed se objeví intenzivní světlá skvrna (záře) obklopená světelnými prstenci (halo). Při denním vidění se ukázalo, že zraková centra v lidském mozku dobře potlačují vnímání těchto poruch. Problém však nastává v nočním vidění, kdy se scény skládají ze zdrojů světla (svítilny, světla aut, odrazy) s vysokým kontrastem k pozadí. Viditelné oslnění a halo jevy výrazně zvyšují prahovou jasnost znatelných objektů v bezprostřední blízkosti jasných bodů zorného pole. Vážně proto omezují bezpečnost účasti v silničním provozu a komfort vidění po setmění.

Existuje mnoho prací věnovaných problému měření a parametrizace jevů halo a záře. První přístup je založen na optické parametrizaci impulsní odezvy (PSF) a modulační transportní funkce (MTF) čoček a na jejich základě vizualizaci nežádoucích aberací. Tento přístup vyžaduje použití modelu oka, který je vždy výsledkem určitých zjednodušení a idealizací. Také nebere v úvahu fyziologické procesy související s procesem vidění. Přesto umožňuje objektivně předvídat výskyt jevů oslnění a halo a spojovat je s konkrétní konstrukcí korekční čočky. Umožňuje také měřit velikost a intenzitu těchto efektů pomocí různě definovaných metrik.

Druhým přístupem je pokusit se změřit subjektivní vnímání fenoménu halo a záře u pacientů s implantovanými nebo vloženými multifokálními čočkami (Halo & Glare Simulator; Eyeland-Design Network GmbH, Vreden, Německo). Tyto analýzy jsou nejčastěji založeny na metodě dotazníků, ve kterých si respondenti sami určují typ zrakové poruchy (z uzavřeného grafického seznamu) a její míru (na kvantitativní škále). Úkol hodnotit zrakové vjemy na intervalové stupnici je obtížný a nepřesný úkol. Proto je nepochybně nutné vyvinout spolehlivější, na psychofyzikální metodologii založené, kvantifikaci velikosti a intenzity nežádoucích jevů v zorném poli.

Jednou z metod kombinující objektivitu studie se subjektivitou jevů dostupnou pouze vyšetřované osobě je komerčně dostupné zařízení C-quant firmy Oculus (Oculus Optikgeräte, GmbH, Wetzlar, Německo), používané pro diagnostické měření rušivých vlivů v noční vidění. Kompenzační srovnávací metoda implementovaná v zařízení spočívá v nalezení takové intenzity blikající oblasti umístěné ve středu zorného pole, aby kompenzovala záři způsobenou blikáním jasného prstence v protifázi. Při vhodně zvolené intenzitě světla ve středu zorného pole je půl periody vidět záře z prstence a druhou polovinu periody terč se stejnou jasností, takže blikání zmizí. Nevýhodou této metody je výsledek v podobě jediného parametru, pomocí kterého nelze přesně a nezávisle parametrizovat jevy halo a záře.

Další metodou, používanou v přístroji Vision Monitor (MonCv3; Metrovision, Pérenchies, Francie), je studie, kdy pacient čte optotypy se specifickým kontrastem umístěným ve stále větší vzdálenosti od bodového zdroje světla [6]. Jelikož světelný zdroj vytváří v zorném poli vyšetřované osoby záři a halo, liší se minimální jas identifikovatelných jednotlivých optotypů v závislosti na vzdálenosti od něj. Měření tohoto jasu umožňuje parametrizovat - v analyzovaném zařízení s relativně nízkým rozlišením - jevy záře a halo v podobě jejich profilu a intenzity v závislosti na vzdálenosti od zdroje světla. Podobná metodika bude použita v projektu požadovaném o financování.

Cíle projektu: Hlavním cílem projektu je vyvinout novou, spolehlivější metodu modelování a parametrizace jevů halo a záře na základě subjektivního vnímání těchto zrakových poruch. Projekt se bude skládat ze tří částí. První část bude zahrnovat psychofyzikální měření oslnění a halo jevů vnímaných lidmi s multifokálními korekčními čočkami ve srovnání s referenční skupinou. Druhá část se zaměří na vývoj algoritmu pro generování optických prvků (masek) navozujících standardní halo a záře o dané velikosti a intenzitě. Třetí fáze projektu se bude týkat kalibrace vyvinutého algoritmu. Za tímto účelem budou vyvinuté masky ve zdravém oku vyvolány vyvinutými maskami tak, aby odpovídaly poruchám zraku měřeným v první části projektu u lidí používajících metody multifokální korekce zraku. Výsledkem tohoto výzkumu bude vytvoření měřítka pro přesné měření subjektivních jevů halo a oslnění v zorném poli, nezávisle pokrývající jejich intenzitu a velikost a v budoucnu umožňující optickou (nikoli grafickou simulaci jako u komerčně dostupných simulátory) simulace scén viděných pacienty.

Primárním výzkumným cílem projektu je nová metoda měření subjektivní intenzity a velikosti efektu halo a záře a také konstrukce jednoduchých optických prvků, které tyto nežádoucí optické jevy řízeně simulují.

Aplikačním cílem projektu je vyvinout škálu optických jevů oslnění a halo pro použití v oftalmologické diagnostice. Možnost generování obrazu s efekty záře a halo zaváděné řízenou, optickou cestou umožní v budoucnu navrhnout a implementovat zařízení simulující vidění pacienta pomocí moderních čoček, korigujících zrak. Usnadní to komunikaci mezi oftalmologem a pacientem před operací šedého zákalu i po ní. Pokračování tohoto výzkumu zahrnujícího větší počet pacientů s implantovanými různými multifokálními čočkami by pravděpodobně umožnilo spojit efekty vzplanutí a halo na konkrétní typy implantátů (plánovaný veřejný nebo komercializační výzkumný projekt). To by zase umožnilo optimalizaci výzkumu nových metod korekce zraku. Z výše uvedeného vyplývá, že aplikační cíl má realizační potenciál, reagující na zjištěnou potřebu lékařského trhu v oblasti diagnostiky problémů spojených s multifokálními implantáty.

Cíle a vědecké metody projektu jsou především v oblastech optické metrologie a zpracování obrazu zahrnuty do výzkumných záměrů prioritní oblasti výzkumu „Fotonické technologie“. Projekt je však interdisciplinárního charakteru a jeho potenciální oblasti uplatnění se týkají diagnostických technologií zařazených do výzkumných záměrů POB „Biotechnoogy and Biomedical Engineering“ a monitoringu zdraví a bezpečnosti starších osob zařazených do výzkumných záměrů POB. „Umělá inteligence a robotika“.

Metodika a plán výzkumu: Výzkum bude realizován do 24 měsíců v Laboratoři percepčního výzkumu ve spolupráci s Fyzikální fakultou a Oddělením výzkumu a analýzy Centra řízení inovací a transferu technologií. Tři výzkumné úkoly a jeden manažerský úkol bude řešit projektový manažer a tým čtyř spolupracovníků včetně oftalmologa.

Úkol 1 Měření zorného pole (4-9 měsíců projektu) V rámci úkolu bude připraven a proveden nábor účastníků výzkumu. Plánuje se nábor 10 osob, u kterých dochází k nežádoucím jevům halo a oslnění v zorném poli v důsledku použití metod multifokální korekce zraku, a stejný počet zdravých osob jako kontrolní skupina. Relativně malý počet účastníků s implantovanými multifokálními implantáty vyplývá z toho, že na rozdíl od bohatších zemí západní Evropy není operace šedého zákalu multifokálními čočkami v Polsku tak běžná, a to z důvodu chybějící úhrady z Národního zdravotního fondu. Současný projekt by však měl být považován za pilotní, aby bylo možné žádat o finanční prostředky na rozsáhlé klinické zkoušky vyvinutých řešení. Základním testem bude měření zorného pole (perimetrie) v simulovaných nočních podmínkách za přítomnosti silného, ​​bodového zdroje světla v centrálním poli. Viditelnost přídavných slabých zdrojů světla, vhodně rozmístěných v zorném poli, by měla být výrazně narušena účinky záblesku a halo. Vědci očekávají, že podrobná analýza zorného pole v takových podmínkách nám umožní určit prostorové percepční charakteristiky zorného pole ve formě mapy prahové intenzity světla detekované vyšetřovanou osobou v jednotlivých bodech pole. pohledu. Na základě takové mapy bude zase možné určit úhlové rozměry a rozložení intenzity, odpovídající vnímaným účinkům záře a halo. Vyšetřením zorného pole účastníků z kontrolní skupiny bude spolehlivě ověřeno, zda získané výsledky v případě osob po operaci šedého zákalu jednoznačně souvisí s implantací multifokálních implantátů.

Úkol 2. Konstrukce algoritmu pro generování optických prvků a simulace jejich činnosti (10-15 měsíců projektu) Hlavním cílem úkolu bude vyvinout algoritmus, který generuje modelové halo a jevy záře. Úkol bude zahrnovat přípravu optických prvků (masek) generujících obrazy bodů ve formě bodu simulujícího efekt záře a soustředného prstence kolem tohoto bodu simulujícího halo efekt. Vyvinutý algoritmus bude založen na generování Besselových a Gaussových paprsků a řízeném tvarování světelného paprsku. Parametry prvků budou kalibrovány pomocí psychofyzikální metodologie tak, aby indukované jevy odpovídaly poruchám, které pacienti zažívají. Pacienti budou nezávisle definovat velikost, relativní intenzitu skvrny a prstence a stanou se kvantitativním měřítkem odpovídajících efektů halo a oslnění v subjektivním vidění.

Úkol 3. Percepční kalibrace vyvolané stupnice. (16-21 měsíců řešení projektu) Primárním cílem úkolu bude percepční kalibrace optických efektů vytvořeného obrazce. Za tímto účelem bude ověřeno, zda lze zábleskové jevy a halo vnímané v důsledku použití multifokálních čoček spolehlivě reprodukovat (se stejnými parametry) u osob z kontrolní skupiny. Výzkum bude probíhat v simulátoru vidění, zkonstruovaném v rámci samostatně realizovaného projektu „VIDO - zlepšení vidění pomocí dynamické optiky“ (LIDER / 15/0061 / L-9/17 / NCBR / 2018, období realizace 2019–2021). Simulátor vidění umožňuje studium zrakového vjemu po korekci optického systému oka libovolnými počítačově generovanými optickými prvky a umístěnými virtuálně ve vstupní pupile oka. Parametry rušivých prvků budou přizpůsobeny těm, které vnímají lidé s multifokálními čočkami. Kvantitativní měření vnímaných jevů halo a záře bude možné.

Úkol 4. Projektové řízení (1-24 měsíců projektu) Projektové řízení bude založeno na prvcích metodiky PRINCE2. Úkol se skládá ze tří kroků. V prvním (1-3 měsících) proběhne iniciace projektu, spočívající v podání žádosti bioetické komisi, stanovení strategie delegování úkolů, toku jejich dokumentace, kontroly kvality a postupu v jejich realizaci, jakož i strategii pro kontrolu a vykazování rizik souvisejících s realizací projektu. Zakázány budou také nákupy potřebného materiálu a vybavení a připravené smlouvy s dodavateli projektu. Druhou etapou úkolu (4-21 měsíců) bude průběžná koordinace a kontrola plnění úkolů v souladu s principy a kritérii stanovenými v přijatých strategiích. Poslední fází bude uzavření projektu (22.–24. měsíc). V rámci této fáze realizace úkolu budou porovnány předpoklady přijaté v plánu projektu s dosaženými výsledky, budou vypracovány zprávy o realizaci projektu a budou zpracovány a předloženy publikace o výsledcích projektu.