光学収差の知覚的に較正されたスケール (SOOA)

プロジェクトの内容説明 多焦点矯正レンズによって生成される光学収差の知覚的に較正されたスケール 科学的背景:人口の高齢化が進む結果、特に先進国では、白内障手術後に経済的に活動する人々がますます増えています。 ポーランドでは、年間約 250,000 人の患者がこのような処置を受ける資格があります。 その間、透明度が大幅に制限された眼の天然水晶体が人工インプラントに置き換えられ、眼の調節が失われます。 完全な機能的な視覚 (近視、間接視、遠視) を確保するために、最も一般的に使用されているのは多焦点レンズの形のインプラントであり、近年、視覚光学と検眼における集中的な研究の対象となっています。 調節の不足を補うための最適なソリューションの検索は、視野の深さとその解像度とコントラストの間の一種の妥協です。 多くの場合、視聴距離の範囲を広げることの副作用は、さまざまなタイプの収差であることが判明し、グレアとハローの形で見られるシーンの歪みを引き起こします.グレアとハロー現象は、多焦点レンズの光学特性の自然な結果です.すなわち、光軸に沿って焦点を結ぶ 2 つ以上の焦点を作成するレンズです。 そのようなレンズは、いくつかの距離からの物体と同時に目の網膜のスクリーン上に鮮明な画像を形成することを可能にします。 設計距離の 1 つに配置された点オブジェクト (厳密には角度サイズが小さい) の焦点が合ったイメージは、他の設計距離ではぼやけます。 中央に強烈な輝点 (グロー) が現れ、その周りを光の輪 (ハロー) が取り囲んでいます。 昼間の視覚では、人間の脳の視覚中枢は、これらの障害の知覚を抑制するのに優れていることが示されています。 ただし、シーンが背景とのコントラストが高い光源 (ランタン、車のライト、反射) で構成されている場合、ナイト ビジョンで問題が発生します。 目に見えるグレアとハロー現象は、視野の明るい点のすぐ近くにある目立つオブジェクトのしきい値輝度を大幅に増加させます。 したがって、それらは道路交通への参加の安全性と暗くなった後の視界の快適さを深刻に制限します.

ハローとグロー現象の測定とパラメータ化の問題に専念した多くの研究があります。 最初のアプローチは、レンズのインパルス応答 (PSF) と変調伝達関数 (MTF) の光学パラメーター化に基づいており、それらに基づいて、望ましくない収差を視覚化します。 このアプローチでは、常にいくつかの単純化と理想化の結果である目のモデルを使用する必要があります。 また、視覚プロセスに関連する生理学的プロセスも考慮されていません。 それでも、グレアとハロー現象の発生を客観的に予測し、それらを矯正レンズの特定の設計に関連付けることができます。 また、さまざまに定義されたメトリックを使用して、これらの効果のサイズと強度を測定することもできます。

2 番目のアプローチは、移植または挿入された多焦点レンズを装着した患者のハローおよびグロー現象の主観的知覚を測定することです (Halo & Glare Simulator; Eyeland-Design Network GmbH, Vreden, Germany)。 このような分析は、ほとんどの場合、回答者自身が視覚障害のタイプ（クローズドグラフィックリストから）とその程度（定量的スケール）を決定するアンケートの方法に基づいています。 インターバル スケールで視覚を評価する作業は、困難で不正確な作業です。 したがって、心理物理学的方法論に基づいて、視野内の望ましくない現象のサイズと強度を定量化する、より信頼性の高い方法を開発することが間違いなく必要です。

研究の客観性と、検査を受けた人のみが利用できる現象の主観性を組み合わせた方法の 1 つは、Oculus (Oculus Optikgerate, GmbH, Wetzlar, Germany) による市販の C-quant デバイスで、気晴らしの診断測定に使用されます。夜間視力。 デバイスに実装された補償比較方法は、視野の中心に位置するちらつき領域の強度を見つけて、逆相での明るいリングのちらつきによって引き起こされるグローを補償することからなる。 視野の中心で適切に選択された光強度により、リングからのグローが半周期で見え、周期の後半で同じ明るさのターゲットが見えるため、ちらつきが消えます。 この方法の欠点は、結果が単一のパラメーターの形になることであり、それによってハローおよびグロー現象を正確かつ独立してパラメーター化することは不可能です。

Vision Monitor デバイス (MonCv3; Metrovision、Pérenchies、France) で使用される別の方法は、患者が点光源からの距離を増やして配置された特定のコントラストで視標を読み取る研究です [6]。 光源は被検者の視野にグローとハローを作成するため、識別可能な個々の視標の最小輝度は、そこからの距離によって異なります。 この明るさの測定により、光源からの距離に応じたプロファイルと強度の形で、比較的低解像度の分析デバイスでグローとハロー現象をパラメータ化できます。 同様の方法論は、資金調達を要求されたプロジェクトで使用されます。

プロジェクトの目的: このプロジェクトの主な目的は、これらの視覚障害の主観的な認識に基づいて、ハローとグロー現象のモデル化とパラメータ化を行う、より信頼性の高い新しい方法を開発することです。 プロジェクトは 3 つの部分で構成されます。 最初の部分には、参照グループと比較して、多焦点矯正レンズを持つ人々が知覚するグレアとハロー現象の心理物理学的測定が含まれます。 2 番目の部分では、特定のサイズと強度の標準的なハロー効果とグロー効果を誘発する光学要素 (マスク) を生成するためのアルゴリズムの開発に焦点を当てます。 プロジェクトの第 3 段階は、開発されたアルゴリズムのキャリブレーションに関するものです。 この目的のために、ハロとグレアは、開発されたマスクによって健康な目に誘発され、プロジェクトの最初の部分で測定された多焦点視力矯正法を使用する人々の視力障害と一致します。 この研究の結果、視野内の主観的なハローとグレア現象を正確に測定するためのスケールが作成され、それらの強度とサイズを独立してカバーし、将来的には光学 (市販のようなグラフィック シミュレーションではなく) が可能になります。シミュレータ）患者が見たシーンのシミュレーション。

このプロジェクトの主な研究目的は、ハローとグロー効果の主観的な強度とサイズを測定する新しい方法と、これらの望ましくない光学現象を制御された方法でシミュレートする単純な光学要素の構築に関するものです。

このプロジェクトの適用目標は、眼科診断に使用する光学グレアおよびハロー現象のスケールを開発することです。 制御された光学的な方法で導入されたグローとハローの効果で画像を生成する可能性により、将来、最新のレンズを使用して患者の視力をシミュレートし、視力を矯正するデバイスを設計および実装できるようになります。 これにより、白内障手術の前後で、眼科医と患者の間のコミュニケーションが容易になります。 さまざまな多焦点レンズを移植されたより多くの患者を対象としたこの研究の継続により、フレア効果とハロー効果を特定の種類の移植片に関連付けることがおそらく可能になるでしょう (計画された公的または商業化研究プロジェクト)。 これにより、視力矯正の新しい方法に関する研究の最適化が可能になります。 以上のことから、アプリケーションターゲットは、多焦点インプラントに関連する問題の診断の分野で特定された医療市場のニーズに対応して、実装の可能性を秘めていることになります。

このプロジェクトの目的と科学的方法は、主に、優先研究領域「フォトニック技術」の研究計画に含まれる光学計測と画像処理の分野にあります。 ただし、このプロジェクトは学際的な性質のものであり、POB の研究計画「バイオテクノロジーおよびバイオメディカル エンジニアリング」に含まれる診断技術、および POB の研究計画に含まれる高齢者の健康と安全の監視に関連する潜在的な応用分野に関連しています。 「人工知能とロボティクス」.

研究方法と計画：物理学研究院と革新・技術移転マネジメントセンター研究分析部の協力を得て、知覚研究所で24ヶ月以内に研究を実施する。 3 つの研究タスクと 1 つの管理タスクは、プロジェクト マネージャーと眼科医を含む 4 人のアソシエイトのチームによって実行されます。

タスク 1 視野の測定 (プロジェクトの 4 ～ 9 か月) タスクの一環として、研究参加者の募集が準備および実行されます。 多焦点視力矯正法を使用した結果、視野に望ましくないハローおよびグレア現象が発生した 10 人と、対照群として同数の健康な人を募集する予定です。 多焦点インプラントを埋め込まれた参加者の数が比較的少ないのは、西ヨーロッパの裕福な国とは異なり、ポーランドでは多焦点レンズを使用した白内障手術がそれほど一般的ではないという事実によるものです。 それにもかかわらず、現在のプロジェクトは、開発されたソリューションに関する大規模な臨床試験の資金を申請するためのパイロット プロジェクトとして扱われるべきです。 基本的なテストは、中央フィールドに強力な点光源が存在する場合のシミュレートされた夜間条件での視野 (ペリメトリー) の測定です。 視野内に適切に分散された追加の弱い点光源の可視性は、フラッシュとハローの影響によって著しく妨げられるはずです。 研究者は、このような条件での視野の詳細な分析により、視野の特定の点で検査対象者によって検出されたしきい値光強度のマップの形で視野の空間的知覚特性を決定できると期待しています。ビューの。 次に、そのようなマップに基づいて、グローとハローの知覚効果に対応する角度寸法と強度分布を決定することが可能になります。 対照群からの参加者の視野の検査は、白内障手術後の人々の場合に得られた結果が明らかに多焦点インプラントの移植に関連しているかどうかを確実に検証するために使用されます。

タスク 2. 光学要素の生成とその動作のシミュレーションのためのアルゴリズムの構築 (プロジェクトの 10 ～ 15 か月) タスクの主な目標は、モデルのハローとグロー現象を生成するアルゴリズムを開発することです。 このタスクには、グロー効果をシミュレートするスポットと、ハロー効果をシミュレートするこのスポットの周りの同心リングの形で点の画像を生成する光学要素 (マスク) を準備することが含まれます。 開発されたアルゴリズムは、ベッセル ビームとガウス ビームの生成と、光ビームの制御された成形に基づいています。 要素のパラメータは、誘発された現象が患者が経験した障害に対応するように、精神物理学的方法論を使用して調整されます。 患者は、スポットとリングのサイズ、相対強度を個別に定義し、主観的な視覚における対応するハローとグレア効果の定量的尺度になります。

タスク 3. 開発されたスケールの知覚キャリブレーション。 (プロジェクトの 16 ～ 21 か月) タスクの主な目標は、作成されたパターンの光学効果の知覚的キャリブレーションです。 この目的のために、多焦点レンズを使用した結果として知覚されるフラッシュ現象とハローが、対照群の人々で（同じパラメーターで）確実に再現できるかどうかを検証します。 この研究は、独立して実施されたプロジェクト「VIDO - 動的光学の助けを借りて視力を改善する」の一部として構築された視覚シミュレーターで実施されます (LIDER / 15/0061 / L-9/17 / NCBR / 2018、実施期間2019-2021)。 視覚シミュレーターは、コンピューターで生成された光学要素を使用して眼の光学系を補正し、眼の入射瞳に仮想的に配置した後の視覚の研究を可能にします。 障害発生要素のパラメータは、多焦点レンズを使用している人々が知覚するパラメータに調整されます。 知覚されたハローとグロー現象の定量的測定が可能になります。

タスク 4. プロジェクト管理 (プロジェクトの 1 ～ 24 か月) プロジェクト管理は、PRINCE2 方法論の要素に基づいて行われます。 タスクは 3 つのステップで構成されます。 最初 (1 ～ 3 か月) にプロジェクトの開始が行われ、生命倫理委員会への申請書の提出、タスクを委任するための戦略の確立、文書化の流れ、品質管理、およびその実施の進捗状況、ならびにプロジェクトの実施に関連するリスクを管理および報告するための戦略。 必要な資材や設備の購入も委託され、プロジェクトの請負業者との契約も準備されます。 タスクの第 2 段階 (4 ～ 21 か月) は、採用された戦略に定められた原則と基準に従って、タスクの実行を継続的に調整および管理することです。 最終段階はプロジェクトの終了です (22 ～ 24 か月)。 タスク実施のこのフェーズの一環として、プロジェクト計画で採用された仮定が達成された結果と比較され、プロジェクトの実施に関するレポートが作成され、プロジェクトの結果に関する出版物が作成されて提​​出されます。