Forskare rapporterar ett nytt bildsystem som avbryter de kromatiska optiska aberrationerna som finns i en specifik persons öga, möjliggör en mer exakt bedömning av syn och ögonhälsa. Genom att ta bilder av ögats minsta ljusavkännande celler med flera våglängder, systemet ger också den första objektiva mätningen av longitudinella kromatiska aberrationer (LCA), vilket kan leda till nya insikter om deras förhållande till visuella glorier, bländning och färguppfattning.

I Optica , The Optical Societys tidskrift för effektfull forskning, forskarna, från University of Washington, Seattle, U.S.A., säga att tekniken lätt kan användas på kliniken, där det kan vara särskilt användbart för att bedöma ögonförändringar i samband med åldrande och kan också hjälpa till att informera om designen av nya multifokala linser genom att ta hänsyn till kromatiska aberrationer i själva linserna. För synforskning, Tekniken skulle kunna främja studier av färgblindhet och hur olika människor uppfattar färg.

"De tidigare metoderna för att kompensera ögats ursprungliga LCA förlitar sig på befolkningsgenomsnittsuppskattningar, utan individualiserad korrigering från person till person, sa forskargruppsledaren, Ramkumar Sabesan. "Vi demonstrerar en modifierad filterbaserad Badal-optometer som erbjuder möjligheten att ställa in LCA över olika våglängdsband och för varje individ på ett skräddarsytt sätt."

Forskarna rapporterar att de införlivar en ny optisk enhet i konventionella adaptiva optiska instrument för att producera individuellt skräddarsydda högupplösta, flervågsbilder av de minsta konfotoreceptorerna i ögat, mäter cirka 2 mikron i diameter.

"Vår studie etablerar ett flexibelt verktyg för att kompensera för kromatisk aberration i olika våglängdsband och på ett individualiserat sätt, på så sätt underlätta framtida undersökningar av hur vi ser färg i vår miljö, obehindrat av individens inhemska kromatiska ofullkomlighet, " sa Sabesan. "Nu utrustad med verktygen för att kontrollera kromatisk aberration, vi planerar att genomföra studier på normal och bristfällig färgseende."

Kompenserar för aberrationer

Liksom tillverkade optiska element som mikroskop och kameralinser, hornhinnan och ögonglobens lins innehåller optiska aberrationer som förvränger bilden som bildas på näthinnan. Avvikelser suddar ut bilderna som projiceras på en persons näthinna, förnedra hans/hennes syn. De påverkar också de bilder som läkare får när de tittar på insidan av ögat med oftalmologiska instrument.

Adaptiv optik är en metod för att kompensera för dessa aberrationer. Adaptiv optikteknik, som för närvarande används av astronomer för att ta itu med aberrationer som uppstår när man tittar på rymden genom jordens atmosfär, har införlivats i ögonavbildningsverktyg. Dock, medan nuvarande instrument är effektiva för att korrigera för monokromatiska aberrationer (de som inte ändras beroende på ljusets våglängd som appliceras), kromatiska aberrationer (de som påverkas av våglängd) är mer utmanande.

För att komma runt detta problem, dagens instrument använder antaganden om de avvikelser som förväntas i ett genomsnittligt eller "typiskt" öga, snarare än information om de faktiska aberrationerna i en specifik persons öga. Även om detta är tillräckligt för många applikationer, den är mindre lämpad för andra applikationer som kräver samtidig och fin fokuskontroll av flera våglängder.

För att övervinna denna begränsning, forskarna använde en enhet känd som en Badal-optometer, som består av ett par linser som är ett visst avstånd från varandra. Att ändra avståndet mellan de två linserna ändrar fokus utan att ändra storleken på en bild som ses genom linserna.

Forskarna modifierade denna enkla Badal-optometer genom att lägga till två filter som sänder längre ljusvåglängder samtidigt som de reflekterar kortare. Dessa filter hölls stationära i en traditionell Badal-optometer, så att nu, när avståndet mellan linserna ändras, de transmitterade och reflekterade våglängdsbanden har subtilt olika fokusnivåer som är tillräckliga för att kompensera för ögats naturliga kromatiska aberration för de två våglängdsbanden.

Genom att finjustera urvalet av filter, avstånd mellan linserna och flerfärgsbelysning, denna inställning kan användas kollektivt för att mäta och kompensera för kromatisk aberration på ett skräddarsytt sätt.

Ett värdefullt verktyg för kliniken och laboratoriet

Forskarna implementerade sin nya LCA-kompensator i två olika adaptiva optiska instrument:adaptiv optiksynsimulering och adaptiv optiksscanning laseroftalmoskop. De använde de nya instrumenten för att avbilda mänskliga volontärers ögon.

De fann att den nya metoden framgångsrikt övervann inkonsekvenser i tidigare uppskattningar av det mänskliga ögats ursprungliga LCA relaterat till fokusdjup, monokromatisk aberration och våglängdsberoende ljusinteraktioner med näthinnevävnad. När både monokromatiska och kromatiska aberrationer kompenserades, en persons syn begränsades endast av arrangemanget av konfotoreceptorer - ljusupptäckande celler - i näthinnan, medan den kromatiska aberrationskompensationen togs bort innebar att antingen röd eller grön syn optimerades.

Forskarna visade också systemets förmåga att avbilda de minsta konfotoreceptorerna med flera våglängder samtidigt genom att minimera kromatisk aberration, som visar att Badal LCA-kompensator erbjuder en fin detaljnivå, ett viktigt framsteg för att möjliggöra forskning om färgseende.

Förutom att ge bättre bilder av insidan av näthinnan, Tekniken är användbar för att studera hur kromatiska aberrationer påverkar näthinnans bildkvalitet och visuella prestanda. Detta har tidigare varit svårt eftersom verktyg som ger fin individualiserad kontroll av LCA inte funnits. Också, mätningar av LCA erhållna subjektivt och objektivt stämde inte överens.

"Genom att tillämpa tekniken på två olika adaptiva optikbaserade modaliteter, vi visar en hög tillförlitlighet av visuell prestanda och näthinneavbildning när kromatiska och monokromatiska aberrationer kompenseras, ", sa Sabesan. "De högupplösta näthinnebilderna som sålunda erhållits gjorde det möjligt för oss att kvantifiera kromatisk aberration objektivt och jämföra mot en stor mängd litteratur som ägnas åt att mäta kromatisk aberration."