Onderzoekers rapporteren een nieuw beeldvormingssysteem dat de chromatische optische aberraties in het oog van een specifieke persoon annuleert, waardoor een nauwkeurigere beoordeling van het gezichtsvermogen en de gezondheid van het oog mogelijk is. Door foto's te maken van de kleinste lichtgevoelige cellen van het oog met meerdere golflengten, het systeem biedt ook de eerste objectieve meting van longitudinale chromatische aberraties (LCA), die zouden kunnen leiden tot nieuwe inzichten over hun relatie met visuele halo's, schittering en kleurwaarneming.

In optiek , Het tijdschrift van de Optical Society voor high-impact onderzoek, de onderzoekers, van de Universiteit van Washington, Seattle, VS., zeggen dat de technologie gemakkelijk kan worden ingezet in de kliniek, waar het bijzonder nuttig kan zijn voor het beoordelen van oogveranderingen die verband houden met veroudering en ook kan helpen bij het ontwerp van nieuwe multifocale lenzen door rekening te houden met chromatische aberraties in de lenzen zelf. Voor visieonderzoek, de techniek zou studies naar kleurenblindheid kunnen bevorderen en hoe verschillende mensen kleur waarnemen.

"De eerdere methoden om de oorspronkelijke LCA van het oog te compenseren, zijn gebaseerd op schattingen van het populatiegemiddelde, zonder individuele correctie van persoon tot persoon, " zei onderzoeksteamleider, Ramkumar Sabesan. "We demonstreren een aangepaste op filter gebaseerde Badal-optometer die de mogelijkheid biedt om LCA op verschillende golflengtebanden en voor elk individu op een aangepaste manier af te stemmen."

De onderzoekers rapporteren dat ze een nieuwe optische assemblage hebben geïntegreerd in conventionele adaptieve optische instrumenten om individueel op maat gemaakte, hoge resolutie, foto's met meerdere golflengten van de kleinste kegelfotoreceptoren in het oog, met een diameter van ongeveer 2 micron.

"Onze studie stelt een flexibel hulpmiddel vast om chromatische aberratie in verschillende golflengtebanden en op een geïndividualiseerde manier te compenseren, waardoor toekomstig onderzoek naar hoe we kleur in onze omgeving zien, wordt vergemakkelijkt, ongehinderd door de oorspronkelijke chromatische onvolkomenheden van het individu, "zei Sabesan. "Nu uitgerust met de tools om chromatische aberratie te beheersen, we zijn van plan onderzoeken uit te voeren naar normaal en gebrekkig kleurenzien."

Aberraties compenseren

Zoals vervaardigde optische elementen zoals microscopen en cameralenzen, het hoornvlies en de lens van de oogbol bevatten optische aberraties die het op het netvlies gevormde beeld vervormen. Aberraties vertroebelen de beelden die op iemands netvlies worden geprojecteerd, zijn/haar gezichtsvermogen aantasten. Ze beïnvloeden ook de beelden die artsen verkrijgen wanneer ze de binnenkant van het oog bekijken met oogheelkundige instrumenten.

Adaptieve optica is een methode om deze aberraties te compenseren. Adaptieve optische technologie, momenteel door astronomen gebruikt om aberraties aan te pakken die optreden bij het bekijken van de ruimte door de atmosfeer van de aarde, zijn opgenomen in hulpmiddelen voor oogbeeldvorming. Echter, terwijl de huidige instrumenten effectief zijn in het corrigeren van monochromatische aberraties (die niet veranderen afhankelijk van de golflengte van het licht dat wordt toegepast), chromatische aberraties (die worden beïnvloed door de golflengte) zijn uitdagender.

Om dit probleem te omzeilen, de instrumenten van vandaag maken gebruik van aannames over de verwachte afwijkingen in een gemiddeld of "typisch" oog, in plaats van informatie over de werkelijke afwijkingen in het oog van een specifieke persoon. Hoewel dit voor veel toepassingen voldoende is, het is minder geschikt voor andere toepassingen die de gelijktijdige en fijne focuscontrole van meerdere golflengten vereisen.

Om deze beperking te overwinnen, de onderzoekers gebruikten een apparaat dat bekend staat als een Badal-optometer, die bestaat uit een paar lenzen die op een bepaalde afstand van elkaar staan. Door de afstand tussen de twee lenzen te veranderen, verandert de focus zonder de grootte van een beeld dat door de lenzen wordt bekeken te veranderen.

De onderzoekers hebben deze eenvoudige Badal-optometer aangepast door twee filters toe te voegen die langere golflengten van licht doorlaten en kortere reflecteren. Deze filters werden stationair gehouden in een traditionele Badal-optometer, zodanig dat nu, wanneer de afstand tussen de lenzen wordt gewijzigd, de doorgelaten en gereflecteerde golflengtebanden hebben subtiel verschillende focusniveaus die voldoende zijn om de oorspronkelijke chromatische aberratie van het oog voor de twee golflengtebanden te compenseren.

Door de selectie van filters nauwkeurig af te stemmen, afstanden tussen de lenzen en meerkleurige verlichting, deze opstelling kan collectief worden gebruikt om chromatische aberratie op maat te meten en te compenseren.

Een waardevol hulpmiddel voor de kliniek en het laboratorium

De onderzoekers implementeerden hun nieuwe LCA-compensator in twee verschillende adaptieve optische instrumenten:adaptive optics vision-simulatie en adaptive optics scanning laser-oftalmoscopen. Ze gebruikten de nieuwe instrumenten om de ogen van menselijke vrijwilligers in beeld te brengen.

Ze ontdekten dat de nieuwe methode met succes inconsistenties overwon in eerdere schattingen van de oorspronkelijke LCA van het menselijk oog met betrekking tot scherptediepte, monochromatische aberratie en golflengte-afhankelijke lichtinteracties met netvliesweefsel. Wanneer zowel monochromatische als chromatische aberraties werden gecompenseerd, het gezichtsvermogen van een persoon werd alleen beperkt door de opstelling van kegelfotoreceptoren - lichtdetecterende cellen - in het netvlies, terwijl het verwijderen van de chromatische aberratiecompensatie betekende dat ofwel rood ofwel groen zicht werd geoptimaliseerd.

De onderzoekers toonden ook het vermogen van het systeem aan om de kleinste kegelfotoreceptoren met meerdere golflengten tegelijkertijd af te beelden door chromatische aberratie te minimaliseren, waaruit blijkt dat de Badal LCA-compensator een fijn detailniveau biedt, een belangrijke stap vooruit voor het mogelijk maken van kleurvisieonderzoek.

Naast betere beelden van de binnenkant van het netvlies, de technologie is nuttig om te bestuderen hoe chromatische aberraties de beeldkwaliteit en visuele prestaties van het netvlies beïnvloeden. Dit was voorheen moeilijk omdat er geen tools bestonden die een nauwkeurige, geïndividualiseerde controle van LCA bieden. Ook, metingen van LCA die subjectief en objectief werden verkregen, kwamen niet overeen.

"Door de technologie toe te passen op twee verschillende op adaptieve optica gebaseerde modaliteiten, we tonen een hoge getrouwheid van visuele prestaties en retinale beeldvorming zodra chromatische en monochromatische aberraties zijn gecompenseerd, "zei Sabesan. "De aldus verkregen retinale beelden met hoge resolutie stelden ons in staat om chromatische aberratie objectief te kwantificeren en te vergelijken met een grote hoeveelheid literatuur gewijd aan het meten van chromatische aberratie."