Η ποιότητα της όρασης, καθορίζει σε ένα μεγάλο βαθμό και την ποιότητα ζωής
κάθε ανθρώπου. Το οπτικό σύστημα του οφθαλμού είναι υπεύθυνο για την λήψη της
οπτικής πληροφορίας και η ποιότητα του, θέτει ένα κατώφλι στην ποιότητα όρασης κάθε
ανθρώπου. Σε νέους και υγιείς οφθαλμούς τα οπτικά στοιχεία του οφθαλμού είναι
διάφανα στην ορατή Η/Μ ακτινοβολία, και η ποιότητα του σχηματιζόμενου στον
αμφιβληστροειδή ειδώλου, περιορίζεται από τις εκτροπές που αυτά εισάγουν. Πιθανοί
τραυματισμοί και ηλικιακές μεταβολές των δομών του οφθαλμού, οδηγούν σε απώλεια
της διαύγειας τους και κατ’ επέκταση στην σκέδαση της Η/Μ ακτινοβολίας. Η σκέδαση,
αποτελεί επίσης ένα αναπόφευκτο επακόλουθο των διαθλαστικών επεμβάσεων, που
πραγματοποιούνται στις μέρες μας για την διόρθωση των διαθλαστικών σφαλμάτων (και
πρόσφατα των οπτικών εκτροπών υψηλής τάξης) του ανθρώπινου οφθαλμού. Η
κατανόηση των μηχανισμών σκέδασης, είναι ένα θέμα που συγκεντρώνει το ενδιαφέρον
της παγκόσμιας ερευνητικής κοινότητας.
Σκοπός της παρούσας εργασίας, είναι η μελέτη του φαινομένου της σκέδασης
στον ανθρώπινο οφθαλμό. Ειδικότερα, προτείνεται ένα νέο φυσικό μοντέλο, που
προσομοιώνει την σκέδαση στον ανθρώπινο οφθαλμό, μετά από επεμβάσεις
διαθλαστικής χειρουργικής. Το μοντέλο, αποτελείται από μικροσφαιρίδια γυαλιού
εμποτισμένα σε διάλυμα υδρογέλης, η οποία αποτελείται από κολλαγόνο δέρματος
χοίρου και πολυσακχαρίτη (κ-καραγινάνη). Στα πλαίσια της μελέτης του φαινομένου της
σκέδασης που το εν λόγω μοντέλο παράγει, αναπτύχθηκαν διατάξεις για την
αντικειμενική μέτρηση της σκέδασης, διατάξεις για την μέτρηση της in vivo στον
ανθρώπινο οφθαλμό, ενώ τέλος πραγματοποιηθήκαν και υποκειμενικές μετρήσεις που
βασίζονται σε ψυχοφυσικές μεθόδους.
Η αντικειμενική μέτρηση της σκέδασης βασίστηκε σε πειραματικές διατάξεις που
αναπτύχθηκαν, και αφορούσαν μετρήσεις της σκεδαζόμενης ακτινοβολίας μετά από
απλή διέλευση της από το υπό εξέταση δείγμα. Επιπλέον, πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις
που βασίζονται στην αρχή της διπλής διέλευσης, τροποποιώντας οπτική διάταξη
(αναλυτής μετώπου κύματος Wavelight Allegretto) που υπήρχε ήδη στο εργαστήριο του
Β.Ε.Μ.Μ.Ο για κλινική χρήση. Παράλληλα, αναπτύχθηκε πειραματική διάταξη για την
μέτρηση της σκέδασης στον ανθρώπινο οφθαλμό in vivo, η αρχή της οποίας βασίζεται
στην ανάλυση της εικόνας που δημιουργείται από την ανάκλασης της Η/Μ ακτινοβολίας
από την οπίσθια επιφάνεια του κρυσταλλοειδή φακού. Τέλος, με την συσκευή C-Quant
80000 (Tom van den Berg, Oculus), πραγματοποιήθηκαν υποκειμενικές μετρήσεις της
σκέδασης σε εξεταζόμενους, που φορούσαν φακούς επαφής που περιείχαν
μικροσφαιρίδια γυαλιού, και οι οποίοι αναπτύχθηκαν με την βοήθεια της Menicon για
τους σκοπούς της εργασίας αυτής.
Μια γραμμική σχέση βρέθηκε να συνδέει το BR (ποσοστό της Η/Μ ακτινοβολίας
που δεν συναντά κανένα σκεδαστή κατά την διέλευση της από το σκεδάζον μέσο), με την
συγκέντρωση των μικροσφαιριδίων στα υπό εξέταση δείγματα. Η σχέση αυτή
επιβεβαιώθηκε από τα αποτελέσματα των μετρήσεων που πραγματοποιήθηκαν με μια
δεύτερη πειραματική διάταξη, και η οποία έδινε την δυνατότητα μελέτης του προφίλ της
σκεδαζόμενης ακτινοβολίας. Οι μετρήσεις διπλής διέλευσης, έδειξαν μια επίσης
γραμμική σχέση του BR με την συγκέντρωση των μικροσφαιριδίων. Οι διαφορές στα
αποτελέσματα των μετρήσεων απλής και διπλής διέλευσης δεν ξεφεύγουν από την
αναμενόμενη απόκλιση των τιμών λόγω διαφορετικής προσέγγισης και αντιμετώπισης
του φαινομένου της σκέδασης. Οι φακοί επαφής που περιείχαν μικροσφαιρίδια γυαλιού,
χαρακτηρίστηκαν με πειράματα απλής διέλευσης, και βρέθηκαν να αναπαράγουν μικρά
ποσοστά σκέδασης. Οι ψυχοφυσικές μετρήσεις, ανέδειξαν επίσης τα μικρά αυτά
ποσοστά σκέδασης που οι φακοί επαφής εισάγουν στο οπτικό σύστημα του ανθρώπινου
οφθαλμού. Η σύγκριση αντικειμενικών και υποκειμενικών μετρήσεων ήταν ποιοτική και
όχι ποσοτική λόγω διαφορετικών μετρικών που οι δύο μέθοδοι χρησιμοποιούν για την
εκτίμηση της σκέδασης. Οι μετρήσεις που πραγματοποιήθηκαν in vivo στον ανθρώπινο
οφθαλμό, έδειξαν ότι με μικρές τροποποιήσεις της διάταξης που αναπτύχθηκε, μπορεί η
προτεινόμενη μέθοδος να χρησιμοποιηθεί ως μια νέα τεχνική εκτίμησης της σκέδασης in
vivo.
Τα αποτελέσματα των μετρήσεων, έδειξαν ότι το προτεινόμενο φυσικό μοντέλο,
με τις κατάλληλες συγκεντρώσεις μικροσφαιριδίων, μπορεί να αναπαραγάγει ποιοτικά
και ποσοτικά, σκέδαση της Η/Μ ακτινοβολίας, αντίστοιχη με αυτή που εμφανίζεται στον
ανθρώπινο οφθαλμό μετά από επεμβάσεις διαθλαστικής χειρουργικής. Επιπλέον τα
αποτελέσματα των μετρήσεων στους φακούς επαφής, έδειξαν ότι αναπαράγουν ποσοστά
σκέδασης, αντίστοιχα με αυτά που εμφανίζονται στα πρώιμα στάδια ανάπτυξης
5
παθολογικών καταστάσεων του οφθαλμού. Τα αποτελέσματα αυτά επιβεβαιώνονται
ποιοτικά και από τις υποκειμενικές μετρήσεις. Τέλος, τα αποτελέσματα των μετρήσεων
που πραγματοποιήθηκαν in vivo, άφησαν ενθαρρυντικά στοιχεία , για την χρήση της εν
λόγω μεθόδου ως μια νέα τεχνική εκτίμησης της σκέδασης στον ανθρώπινο οφθαλμό.
(EL)
Decreased quality of vision, may be detrimental for the quality of life. The optical
system of the eye, is responsible for the formation of the retinal image, and the quality of
the optical system of the eye, determines the quality of vision. In young and healthy eyes,
cornea and crystalline lens are practically transparent and the image formed in the retina,
is mainly affected by aberrations and diffraction from the pupil. Pathologies, injuries and
age related changes in the optical system of the eye can raise scatter phenomena, that
possibly have an impact on visual performance. Light scatter, is also an outcome of the
refractive surgery, which in our days is often used for the correction of refractive errors
of the eye Light-tissue interaction is an interesting subject for scientific community in
vision science.
Aim of this thesis, is the study of light scatter in the human eye. A new physical
model is proposed, based on glass microspheres (Jaygo Co.) dissolved in 20% collagen
solution. Collagen solution consists of collagen from porcine skin and Carraggeenan
Kappa. Objective single pass measurements were performed on scatter samples of the
new model, with optical setups that were developed for the purpose of this thesis.
Analyzing the 4th Purkinje image, is considered to be a new promising method, that was
developed for scatter measurement in vivo. In addition psychophysics measurements of
light scatter were performed, in contact lenses containing microspheres, developed by
Menicon Co. This model may be used for the calibration of scatter-measuring systems as
well as for future psychophysical measurements.
Objective scatter measurements were performed based on optical setups that were
developed, and scattered light was measured after a single pass from the scattering
medium. Scattering samples of different thickness, consisted of glass microspheres,
dissolved in collagen solution, in different concentrations. Scatter contact lenses were
also developed from Menicon Co., containing glass microspheres. Double pass
measurements performed, using a modified commercial wavefront analyzer, Wavelight
Allegretto available in the V.E.I.C (Vardinogianion Eye Institute of Crete) for clinical
use. At the same time, a new setup was developed, in order to measure light scatter in the
human eye in vivo, based on analyzing 4th Purkinje image. The final step of scatter
measurements was to perform psychophysics measurements of light scatter in healthy
eyes, wearing scatter contact lenses with the commercial straylight meter C-Quant 80000,
Oculus, kindly granted from Tom van den Berg.
A linear relation was found between BR (part of the light that does not meet any
scatterer on its optical path) and microspheres concentration. This relation was validated
from a second setup developed for the study of scatter profile, based on single pass
measurements as well. A small deviation was found between the BR estimated from
single and double pass experiments. This difference may be attributed to the different
assumptions in the calculations employed in the two methods. Low scatter levels were
produced from the scatter contact lenses measured by means of single pass experiments,
and the results were validated from the psychophysics measurements. Objective and
subjective measurements could be only qualitative and not quantitative related, due to the
different metrics used. The results from in vivo scatter measurements showed that small
modifications in the developed setup, can lead the analysis of the 4th Purkinje to a new
promising method for scatter measurements in the human eye.
The results of this study showed that the proposed physical model can reproduce
light scatter that is usually measured in human eyes, the first period after refractive
surgery. Scatter contact lenses, reproduced light scatter that clinical often expect in the
early stages in pathology eyes. These results were validated from psychophysics
measurements performed with C-Quant Straylight meter. At the end, analyzing 4th
Purkinje showed up to be a new promising method for the in vivo scatter measurement in
human eyes.
(EN)
