System til billede af det menneskelige øje korrigerer for kromatiske aberrationer

Forskere rapporterer om et nyt billeddannelsessystem, der annullerer de kromatiske optiske aberrationer, der findes i en bestemt persons øje, muliggør en mere præcis vurdering af syn og øjens sundhed. Ved at tage billeder af øjets mindste lysfølende celler med flere bølgelængder, systemet giver også den første objektive måling af langsgående kromatiske aberrationer (LCA), hvilket kunne føre til ny indsigt i deres forhold til visuelle glorier, blænding og farveopfattelse.

I Optica , The Optical Society's journal for high-impact research, forskerne, fra University of Washington, Seattle, USA., sige, at teknologien let kan implementeres i klinikken, hvor det kan være særligt nyttigt til vurdering af øjenændringer i forbindelse med aldring og kan også hjælpe med at informere designet af nye multifokale linser ved at tage højde for kromatiske aberrationer i selve linserne. For visionsforskning, teknikken kunne fremme undersøgelser af farveblindhed og hvordan forskellige mennesker opfatter farve.

"De tidligere metoder til kompensation af øjets oprindelige LCA er afhængige af befolkningens gennemsnitlige estimater, uden individualiseret korrektion fra person til person "sagde forskerteamleder, Ramkumar Sabesan. "Vi demonstrerer et modificeret filterbaseret Badal-optometer, der giver mulighed for at indstille LCA på tværs af forskellige bølgelængdebånd og for hver enkelt person på en tilpasset måde."

Forskerne rapporterer at inkorporere en ny optisk samling i konventionelle adaptive optikinstrumenter for at producere individuelt tilpasset højopløsning, billeder med flere bølgelængder af de mindste kegelfotoreceptorer i øjet, måler cirka 2 mikron på tværs.

"Vores undersøgelse etablerer et fleksibelt værktøj til at kompensere for kromatisk aberration i forskellige bølgelængdebånd og på en individualiseret måde, dermed lettere fremtidige undersøgelser af, hvordan vi ser farve i vores miljø, uhindret af individets indfødte kromatiske ufuldkommenheder, "sagde Sabesan." Nu udstyret med værktøjerne til at kontrollere kromatisk aberration, Vi planlægger at foretage undersøgelser af normalt og mangelfuldt farvesyn. "

Kompensation for afvigelser

Ligesom fremstillede optiske elementer såsom mikroskoper og kameralinser, hornhinden og linsen i øjeæblet indeholder optiske afvigelser, der forvrænger det billede, der dannes på nethinden. Aberrationer slører de billeder, der projiceres på en persons nethinde, nedværdigende hans/hendes vision. De påvirker også de billeder, læger får, når de ser øjenets indre med oftalmologiske instrumenter.

Adaptiv optik er en metode til at kompensere for disse afvigelser. Adaptiv optik teknologi, i øjeblikket brugt af astronomer til at afhjælpe afvigelser, der opstår, når man ser rummet gennem Jordens atmosfære, er blevet indarbejdet i værktøjer til billeddannelse. Imidlertid, mens de nuværende instrumenter er effektive til at korrigere for monokromatiske aberrationer (dem, der ikke ændres afhængigt af bølgelængden af ​​det anvendte lys), kromatiske aberrationer (dem, der påvirkes af bølgelængde) er mere udfordrende.

For at komme uden om dette problem, nutidens instrumenter bruger antagelser om de afvigelser, der forventes i et gennemsnitligt eller "typisk" øje, frem for oplysninger om de faktiske afvigelser i en bestemt persons øje. Selvom dette er tilstrækkeligt til mange applikationer, det er mindre velegnet til andre applikationer, der kræver samtidig og fin fokusstyring af flere bølgelængder.

For at overvinde denne begrænsning, forskerne brugte en enhed kendt som et Badal optometer, som består af et par linser, der er en vis afstand fra hinanden. Ændring af afstanden mellem de to objektiver ændrer fokus uden at ændre størrelsen på et billede set gennem linserne.

Forskerne ændrede dette enkle Badal optometer ved at tilføje to filtre, der transmitterer længere bølgelængder af lys, mens de reflekterer kortere. Disse filtre blev holdt stationære inden for et traditionelt Badal optometer, sådan at nu, når afstanden mellem linserne ændres, de transmitterede og reflekterede bølgelængdebånd har subtilt forskellige fokusniveauer, der er tilstrækkelige til at kompensere for øjets native kromatiske aberration for de to bølgelængdebånd.

Ved at finjustere udvalget af filtre, afstand mellem linserne og flerfarvebelysning, denne opsætning kan bruges samlet til at måle og kompensere for kromatisk aberration på en tilpasset måde.

Et værdifuldt værktøj til klinikken og laboratoriet

Forskerne implementerede deres nye LCA -kompensator i to forskellige adaptive optikinstrumenter:adaptiv optik vision simulering og adaptiv optik scanning laser oftalmoskoper. De brugte de nye instrumenter til at forestille øjnene på menneskelige frivillige.

De fandt ud af, at den nye metode med succes overvandt uoverensstemmelser i tidligere estimater af det menneskelige øjes native LCA relateret til fokusdybde, monokromatisk aberration og bølgelængdeafhængige lysinteraktioner med nethindevæv. Når både monokromatisk og kromatisk aberration blev kompenseret, en persons syn var kun begrænset af arrangementet af keglefotoreceptorer-lysdetekterende celler-i nethinden, mens fjernelsen af ​​den kromatiske aberrationskompensation betød, at enten rød eller grøn vision blev optimeret.

Forskerne demonstrerede også systemets evne til at forestille sig de mindste kegelfotoreceptorer med flere bølgelængder samtidigt ved at minimere kromatisk aberration, viser, at Badal LCA -kompensatoren tilbyder et fint detaljeringsniveau, et vigtigt fremskridt for at muliggøre forskning i farvesyn.

Ud over at give bedre billeder af indersiden af ​​nethinden, teknologien er nyttig til at studere, hvordan kromatiske afvigelser påvirker retinal billedkvalitet og visuel ydelse. Dette har tidligere været svært, fordi der ikke fandtes værktøjer, der giver fin individualiseret kontrol af LCA. Også, målinger af LCA opnået subjektivt og objektivt matchede ikke.

"Ved at anvende teknologien på to forskellige adaptive optikbaserede metoder, vi viser en høj troværdighed af visuel ydeevne og retinal billeddannelse, når kromatisk og monokromatisk aberration er kompenseret, "sagde Sabesan." De således opnåede nethindebilleder i høj opløsning gav os mulighed for objektivt at kvantificere kromatisk aberration og sammenligne med en stor mængde litteratur dedikeret til måling af kromatisk aberration. "