Untersuchung des Seheindrucks mittels adaptiver Optik

Zusammenfassung

Hintergrund: Die Abhängigkeit der Sehqualität von Aberrationen höherer Ordnung (AHO) ist sowohl für die refraktive Chirurgie (LASIK) als auch für die Korrektion durch Sehhilfen von großer Bedeutung. Durch den Einsatz der adaptiven Optik (AO) wird es möglich, neben den klassischen Aberrationen niedriger Ordnung (Defokus, Astigmatismus) auch AHO zu messen und gezielt zu beeinflussen. In dieser Arbeit wird ein sogenannter adaptiver Echtzeitphoropter vorgestellt, mit dem es möglich ist, die Wellenfrontfehler bis zur 6. Zernike-Ordnung zu korrigieren und zudem ganz gezielt Aberrationen zu induzieren. Die Probanden blicken dabei auf einen Sehzeichenmonitor, wodurch sowohl eine subjektive Bewertung des Seheindrucks als auch objektive Messungen möglich sind. Methoden: In der vorliegenden Übersichtsarbeit werden die Einsatzmöglichkeiten eines solchen adaptiven Echtzeitphoropters anhand mehrerer Studien demonstriert. Im Vordergrund steht hierbei der Einfluss von AHO auf den subjektiven Seheindruck gesunder Probanden. Untersucht werden u. a. folgende Fragestellungen: Führt eine Korrektion der AHO zu einer Verbesserung des Seheindrucks? Wie kann der Einfluss von AHO überprüft werden, wie wirken sich einzelne AHO auf den subjektiven Seheindruck aus und wo liegen deren Wahrnehmungsschwellen? Ergebnisse: Es werden 3 Studien vorgestellt, in denen neben der Auswirkung der AHO auf Visus, Kontrast und Blendempfindlichkeit auch die Wahrnehmungsschwelle für verschiedene AHO ermittelt wurde. Mithilfe eines Staircase-Verfahrens wurde bspw. ermittelt, dass die Wahrnehmungsschwelle für die Koma deutlich niedriger liegt als die für den Astigmatismus oder das Dreiblatt. Schlussfolgerung: Mithilfe adaptiver Optiken ist es möglich, die Einflüsse der AHO auf die subjektive und objektive Sehqualität zu untersuchen. Zukünftig könnte dies zu einer individualisierten Korrektion von Sehfehlern und damit zu einer verbesserten Lebensqualität der Patienten führen.

Abstract

Background: The dependence of visual quality on higher order aberrations (HOA) is highly important for refractive surgery (LASIK) as well as for the correction by vision aids. The use of the adaptive optics (AO) enables the measurement and manipulation of conventional lower order aberrations (defocus, astigmatism) and for HOAs as well. In this work, an Adaptive Optics Visual Simulator is presented that enables one to correct wave-front deformations up to the sixth order of Zernike polynomials, as well as to induce specific aberrations. The subjects observe a TFT monitor, so that a subjective rating of the visual impression is possible, as well as objective measurements. Methods: Possible applications of such an adaptive optics visual simulator are demonstrated by means of several studies in this survey paper. The main challenge was to investigate the influence of HOAs on the subjective visual impression. Thereby, the following questions have been examined among others: Does the correction of the HOAs lead to an improved visual impression? Are there ways to check the effect of HOAs, what are the effects of single HOAs on the subjective visual impression and what just-noticeable levels do they have? Results: Three studies are presented investigating the impact of HOAs on visus, contrast sensitivity and on vision with glare as well as objective stimulus thresholds of selected HOAs. For example, by using a staircase-procedure it was possible to determine that the objective stimulus threshold for coma has a significantly lower value than the thresholds for astigmatism or trefoil. Conclusion: Adaptive optics enables the investigation of effects of HOAs on subjective and objective visual impression. In future, this may result in individualised corrections of refractive errors, which will improve the patientʼs quality of life.

Schlüsselwörter

adaptive Optik - Aberrationen höherer Ordnung - Wahrnehmungsschwelle - Seheindruck

Key words

adaptive optics - higher order aberrations - just noticeable difference - visual impression

• Literatur

• 1 Thibos LN, Hong X, Bradley A et al. Statistical variation of aberration structure and image quality in a normal population of healthy eyes. J Opt Soc Am A Opt Image Sci Vis 2002; 19: 2329-2348
• 2 Jungnickel H, Babovsky H, Kiessling A et al. Effects on vision with glare after correction of monochromatic wavefront aberrations. J Refract Surg 2011; 27: 602-612
• 3 Smirnov MS. Measurement of the wave aberration of the human eye. Biophysics 1962; 7: 776-795
• 4 Fritzsch M. Veränderung der Wellenfront des Auges unter Akkommodation. [Promotionsarbeit]. Jena; 2011
• 5 Babcock HW. The possibility of compensating astronomical seeing. Astronom Soc Pac 1953; 65: 229-236
• 6 Tyson RK. Principles of adaptive Optics. Boston: Acad Press; 1998
• 7 Liang J. A New Method to Precisely Measure the Wave Aberrations of the Human Eye with a Hartmann-Shack-Wavefront-Sensor. [Promotionsarbeit]. Heidelberg; 1991
• 8 Liang J, Grimm B, Goelz S et al. Objective measurements of wave aberrations of the human eye with the use of a Hartmann-Shack wave-front sensor. J Opt Soc Am A 1994; 11: 1949-1957
• 9 Liang J, Williams DR, Miller DT. Supernormal vision and high-resolution retinal imaging through adaptive optics. J Opt Soc Am A Opt Image Sci Vis 1997; 14: 2884-2892
• 10 Fernández EJ, Iglesias I, Artal P. Closed-loop adaptive optics in the human eye. Opt Lett 2001; 26: 746-748
• 11 Fernández EJ, Manzanera S, Piers P et al. Adaptive optics visual simulator. J Refrac Surg 2002; 18: 634-638
• 12 Hofer H, Carroll J, Neitz J et al. Organization of the human trichromatic cone mosaic. J Neurosci 2005; 25: 9669-9679
• 13 Roorda A. Applications of adaptive optics scanning laser ophthalmoscopy. Optom Vis Sci 2010; 87: 260-268
• 14 Tuten WS, Tiruveedhula P, Roorda A. Adaptive optics scanning laser ophthalmoscope-based microperimetry. Optom Vis Sci 2012; 89: 563-574
• 15 Miller DT, Kocaoglu OP, Wang Q et al. Adaptive optics and the eye (super resolution OCT). Eye (Lond) 2011; 25: 321-330
• 16 Chen L, Artal P, Gutierrez D et al. Neural compensation for the best aberration correction. J Vis 2007; 7: 9.1-9.9
• 17 Rocha KM, Vabre L, Chateau N et al. Expanding depth of focus by modifying higher-order aberrations induced by an adaptive optics visual simulator. J Cataract Refract Surg 2009; 35: 1885-1892
• 18 Jungnickel H, Weigel D, Babovsky H et al. Just-noticeable differences for wavefront aberrations obtained with a staircase procedure. J Refract Surg 2013; 29: 102-109
• 19 Rabin J. Optical defocus: differential effects on size and contrast letter recognition thresholds. Invest Ophthalmol Vis Sci 1994; 35: 646-648
• 20 Bach M. The Freiburg Visual Acuity Test-variability unchanged by post-hoc re-analysis. Graefes Arch Clin Exp Ophthalmol 2007; 245: 965-971
• 21 Bach M, Wesemann W, Kolling G et al. Photopisches Kontrastsehen. Örtliche Kontrastempfindlichkeit. Ophthalmologe 2008; 105: 46-59
• 22 Pesudovs K, Hazel CA, Doran RM et al. The usefulness of Vistech and FACT contrast sensitivity charts for cataract and refractive surgery outcomes research. Br J Ophthalmol 2004; 88: 11-16
• 23 Bühren J, Jungnickel H, Raab W et al. Influence of aberration-induced blur on contrast sensitivity: comparison of different optotype sizes. Invest Ophthalmol Vis Sci 2013; 54:
• 24 Bühren J, Kohnen T. Anwendung der Wellenfrontanalyse in Klinik und Wissenschaft. Vom irregulären Astigmatismus zu Aberrationen höherer Ordnung – Teil 1: Grundlagen. Ophthalmologe 2007; 104: 909-925
• 25 Lieberman H, Pentland A. Microcomputer-based estimation of psychophysical thresholds: The Best PEST. Behav Res Methods 1982; 14: 21-25