Strooilicht in het Oog

Strooilicht in het Oog
Tom van den Berg fysicus; NIN/KNAW Amsterdam
[email protected]
www.ioi.knaw.nl/ost, www.glare.eu
Functie-effecten van verblinding
• Immediate blinding
• Differences between individuals of more than
10x found, depending on ocular condition
• Recovery time follows the primary effect
• Fatigue effects
• Shock/disorientation effects
Oog en Werk, 6 Oktober 2006
TJTP van den Berg
2
The problem
Everybody experiences a spreading of light around bright light sources.
It deteriorates vision, because contrast is lost.
To what extent?
The seeming luminosity of the light spreading.
Oog en Werk, 6 Oktober 2006
TJTP van den Berg
3
Verblinding ≡ Strooilicht
(according to international standards as set by the CIE)
Oog en Werk, 6 Oktober 2006
TJTP van den Berg
4
Commission Internationale d’Eclairage
(CIE): Disability Glare ≡ Straylight
retinal straylight is caused by
scattering of light in the optically
imperfect optical components of
the eye
Primary straylight contributors:
• normal eye
• cornea
• lens
4 straylight sources in the healthy eye
• sclera / iris
• fundus
Point Spread Function (PSF)
• increased in
no stray light
• cataract
• corneal problems
stray light
• refractive surgery
• vitreous turbidity
θ (deg)
Oog en Werk, 6 Oktober 2006
TJTP van den Berg
5
Strooilicht kan worden gemeten met behulp van psychofysische technieken
It is characterized by the straylight parameter s
usually log(s) is given
typical values e.g.
young normal eye log(s) = 0.87 (s = 7)
first signs of cataract log(s) = 1.5 (s = 30)
(difference by a factor of 4 in straylight)
Point Spread Function (PSF)
no stray light
stray light Level = s
θ (deg)
Oog en Werk, 6 Oktober 2006
TJTP van den Berg
6
Hoe beinvloedt strooilicht het zien?
gesimuleerde beelden voor vroege lens-troebeling
Oog en Werk, 6 Oktober 2006
TJTP van den Berg
7
Straylight effects
Blinding at night
Intraocular light scatter increases retinal adaptation,
which desensitizes the retina => GLARE
4 x increased straylight
Older healthy eye, log(s)=1.0
Oog en Werk, 6 Oktober 2006
Eye with (early) cataract, log(s)=1.6
TJTP van den Berg
8
Glare/Straylight effects
Glare is not restricted to twilight conditions
Oog en Werk, 6 Oktober 2006
TJTP van den Berg
9
Glare/Straylight effects
Contrast loss by retinal straylight
The signs in the NORI elevator
straylight difference of a factor of 2
Normal 67y, log(s)=1.3
Oog en Werk, 6 Oktober 2006
Early cataract, log(s)=1.6
TJTP van den Berg
10
Glare/Straylight effects
Non-traffic related effects
Against-the-light face recognition
Young normal
Oog en Werk, 6 Oktober 2006
First signs of cataract,
log(s)=1.4
TJTP van den Berg
11
Kwantitatieve effecten
N.B. in geval van retinale aandoeningen vormt
strooilicht een dubbele handicap,
dit in tegenstelling tot de situatie bij
gezichtsscherpteverlies door (lens)troebeling
Oog en Werk, 6 Oktober 2006
TJTP van den Berg
12
Kwantitatief Strooilicht Effect
The amount of contrast loss in typical traffic glare situations
Oncoming
lights
Illuminance
on the eye
In lux
Eye condition
(cataract
stadium/cornea
problem/vitreous
opacity)
0.34
Young healthy
0.8
0.17
1.2
preclinical
1.4
0.7
2
mild/medium
1.8
1.7
3.4
Young healthy
0.8
1.4
3
preclinical
1.4
5.8
9
mild/medium
1.8
14
21
Young healthy
0.8
40
58
preclinical
1.4
165
237
mild/medium
1.8
400
572
low beams
DRL (daytime
running light)
high beams
Oog en Werk, 6 Oktober 2006
2.8
79
Straylight
parameter
10log(s)
TJTP van den Berg
Straylight
luminance
In cd/m2
Contrast loss
(factor)
13
Populatie-waardes voor strooilicht
Oog en Werk, 6 Oktober 2006
TJTP van den Berg
14
Glare/Straylight and healthy aging
Straylight increases on average with age in healthy eyes (Visual
Acuity ≥ 1.0), but is highly individual dependent
Log straylight parameter Log(s)
.
Oog en Werk, 6 Oktober 2006
TJTP van den Berg
15
Straylight among European drivers
2.5
Data from the
2003-2004
GLARE study
among 2422
European
drivers
2
straylight increase >4x
compared to
young eye
1.5
log(s)
Frequently
> 4x
increased
straylight
levels are
found.
danger zone for driving (at night) ?
1
0.5
0
20
30
40
50
60
70
80
90
age
Oog en Werk, 6 Oktober 2006
TJTP van den Berg
16
Straylight compared to visual acuity.
Often (early
OS
cataract) problems are missed by visual acuity
Frequently
> 4x
increased
straylight
levels are
found.
danger zone for driving (at night)
2
S ta ry lig h t V a lu e (lo g (s ))
Data from the
2003-2004
GLARE study
among 2422
European
drivers
2.5
1.5
straylight increase >4x
compared to
young eye
Visual
acuity
< 0.5
(<10/20)
logMar>0.3
1
0.5
0
-0.4
good
-0.3
Decimal visual acuity
1.6
1.0
-0.2
-0.1
0
0.1
0.5
0.2
0.3
bad
0.4
0.5
Visual Acuity (logMar)
Oog en Werk, 6 Oktober 2006
TJTP van den Berg
17
O
Hoe meten we het (functionele) strooilicht?
Oog en Werk, 6 Oktober 2006
TJTP van den Berg
18
behoefte aan een praktisch meetinstrument
voor strooilicht / verblindingsgevoeligheid
- Occupational testing. Pilots, driver licensing
- FDA: standard as defined by driving simulation
- First complaints in early cataract development. Early
cataract surgery
- Refractive surgery effects on clarity of the cornea
(functional effect of haze)
- Evaluation of corneal transplant procedures
- Corneal dystrophies ect.
- Contact lens induced changes
Oog en Werk, 6 Oktober 2006
TJTP van den Berg
19
Assessment method for Glare/Straylight
Direct compensation method
Stimulus ring
(straylight source)
Test field
Oog en Werk, 6 Oktober 2006
TJTP van den Berg
20
Direct compensation method
for retinal straylight assessment
Ring on: straylight on fovea (fixed)
On
L
t
Stimulus ring
(straylight source)
Test field with
counterphase
modulation
Oog en Werk, 6 Oktober 2006
Retinal modulation
Off
Ring off: compensation light on fovea (variable)
No compensation
0
TJTP van den Berg
Direct
Compensation
s
modulation in test field
21
Compensation Comparison
approach
for
clinical
use
Two half fields, one with compensation flicker of different strengths
40
retinal modulation
35
30
Compensation comparison
25
modulation right
20
modulation lef t
15
10
5
0
0
5
10
15
20
Direct
compensation
a
25
30
35
40
45
50
com pensation light
1
Subject’s task:
Which test field flickers most?
average score
0.8
0.6
50%
0.4
0.2
0
0
5
10
15
b
20
25
30
35
40
45
50
com pensation light
Subject’s answer:
Field with compensation: 1
Field without compensation: 0
- Subject’s responses allow for estimation of psychometric curve for the comparison
- Position of 50% point of psychometric curve gives straylight value
Oog en Werk, 6 Oktober 2006
TJTP van den Berg
22
Oculus C-Quant
Based on the Compensation Comparison method
Van den Berg et al. ARVO 2005
Patent owned by Royal Academy
characteristics
• Functional assessment
• Fixed set of stimulus presentations, 1.5 min. test
duration
• Data suitable for analysis with robust statistical
techniques, such as Maximum Likelihood
estimators
• Data allow estimation of measurement reliability
Oog en Werk, 6 Oktober 2006
TJTP van den Berg
23
0.07 log units = typical measurement s.d.
0.3 log units
Oog en Werk, 6 Oktober 2006
normal
population
values
± 2 s.d.
TJTP van den Berg
24
.
.
Standard error for an individual measurement
(0.07 log units = population average s.d.)
0.3 log units = factor of 2
Oog en Werk, 6 Oktober 2006
normal
population
values
± 2 s.d.
TJTP van den Berg
25
.
.
Standard error for an individual measurement
(0.07 log units = population average s.d.)
0.3 log units = factor of 2
log(s)=1.47 safe criterion value
(0.6 log units increase = factor of 4)
Oog en Werk, 6 Oktober 2006
normal
population
values
± 2 s.d.
TJTP van den Berg
26
Klinische voorbeelden
Relatieve onafhankelijkheid gezichtsscherpte en
strooilicht
Oog en Werk, 6 Oktober 2006
TJTP van den Berg
27
.
.
glasvochttroebeling
preop visus 0.4++
strooilicht meer dan
10-voudig verhoogd
Oog en Werk, 6 Oktober 2006
TJTP van den Berg
28
.
.
vitrectomie
postop visus 0.8
strooilicht binnen
normale grenzen
Oog en Werk, 6 Oktober 2006
TJTP van den Berg
29
.
.
Fuchs dystrofie
visus 0.7
strooilicht
6x verhoogd
Oog en Werk, 6 Oktober 2006
TJTP van den Berg
30
.
.
na PKP vanwege Fuchs
strooilicht bijna normaal
Oog en Werk, 6 Oktober 2006
TJTP van den Berg
31
.
.
Cataract preop
visus 0.7
Straylight 8x increased
Oog en Werk, 6 Oktober 2006
TJTP van den Berg
32
.
.
Cataract postop
visus 0.9
Straylight low age-normal
Oog en Werk, 6 Oktober 2006
TJTP van den Berg
33
.
.
pseudofaak
beperkte YAG opening
OD visus 0.4++
strooilicht >10x verhoogd
Oog en Werk, 6 Oktober 2006
TJTP van den Berg
34
.
.
litteken na ulcus
OD visus 0.8+
strooilicht sterk verhoogd
Oog en Werk, 6 Oktober 2006
TJTP van den Berg
35
.
.
onbegrepen klachten
OD visus 1.25
strooilicht hoog normaal
Oog en Werk, 6 Oktober 2006
TJTP van den Berg
36
.
.
onbegrepen klachten
OS visus 1.25
strooilicht net verhoogd
Oog en Werk, 6 Oktober 2006
TJTP van den Berg
37
.
.
ontevreden LASIK patient
visus 1.0
Strooilicht 2.5x verhoogd
Oog en Werk, 6 Oktober 2006
TJTP van den Berg
38
Resumé
•verblinding = (retinaal) strooilicht
•wordt veroorzaakt door optische imperfecties
•kan betrouwbaar worden gemeten
•ook voor de praktische routine
•is van belang voor functie uitoefening
•is onafhankelijk van de gezichtsscherpte
Dank U
Oog en Werk, 6 Oktober 2006
TJTP van den Berg
39
In pseudophakia straylight values often below
that of the non-cataract age-peers
Straylight lens
exchange?
2.50
log straylight parameter
OD phakic
OD pseudo
ref. norm
+ 2sd
-2 sd
2.00
1.50
1.00
0.50
10
30
50
70
90
Age (years)
Oog en Werk, 6 Oktober 2006
TJTP van den Berg
40
Straylight values in pseudophakics compared to age-control values
2.5
Data from Dr R. Nuijts
mono OD
mono OS
diffractive OD
diffractive OS
age normal
age normal +2SD
age normal -2SD
2.2
1.9
log(s)
1.6
1.3
1
0.7
0.4
10
20
30
40
50
60
70
80
90
age
Oog en Werk, 6 Oktober 2006
TJTP van den Berg
41
Oculus C-Quant results on 17 subjects
• Repeatable (measurements #1 and #3 compared to #2; y = x line)
log(s) measurement #1/#3/#4
• Accurate (dashed line expected value with the BPM2 light scattering filter)
1.6
1.4
measurement #1
measurement #3
#4 with BPM2
1.2
x=y
#4 expected
1
0.8
0.6
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
log(s) measurement #2
Oog en Werk, 6 Oktober 2006
TJTP van den Berg
42
Straylight compared to visual acuity.
Often (early
OS
cataract) problems are missed by visual acuity
Frequently
> 4x
increased
straylight
levels are
found.
danger zone for driving (at night)
2
S ta ry lig h t V a lu e (lo g (s ))
Data from the
2003-2004
GLARE study
among 2422
European
drivers
2.5
1.5
straylight increase >4x
compared to
young eye
Visual
acuity
< 0.5
(<10/20)
logMar>0.3
1
0.5
0
-0.4
good
-0.3
Decimal visual acuity
1.6
1.0
-0.2
-0.1
0
0.1
0.5
0.2
0.3
bad
0.4
0.5
Visual Acuity (logMar)
Oog en Werk, 6 Oktober 2006
TJTP van den Berg
43
O
Rough indications of straylight values in different patient groups
Key: ***** = as a rule; ****= often; ***=regularly; **=occasionally; *=rare
Log(s)
Straylight increase
0.9
1x
1.2
2x
Young normal
*****
*
Healthy 65 year VA>0.8
**
****
**
***
****
*
***
***
*
***
****
**
Healthy 80 year VA>0.8
Pseudophakic 80 year
*** (!)
Early cataract (VA > 0.4)
1.5
4x
LASIK (high myopia….)
****
**
*
keratoconus (CL problem)
****
**
*
Cornea dystrophy or
edema (VA > 0.4)
1.8
8x
****
2.1
16x
****
Fish eye VA = 0.4
One case
Vitreous turbidity (VA>0.7)
Oog en Werk, 6 Oktober 2006
2.4
32x
****
TJTP van den Berg
*
44