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Intraocular scattering changes with age
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| dc.contributor.advisor | Reus, Nicolaas J. | |
| dc.contributor.advisor | Cerviño Expósito, Alejandro | |
| dc.contributor.advisor | Berg, Thomas J.T.P. van den | |
| dc.contributor.advisor | Meurs, Jan C. van | |
| dc.contributor.author | Gholami, Sonia | |
| dc.contributor.other | Departament d'Òptica | es_ES |
| dc.date.accessioned | 2017-07-12T10:08:05Z | |
| dc.date.available | 2017-07-13T04:45:05Z | |
| dc.date.issued | 2017 | es_ES |
| dc.date.submitted | 13-07-2017 | es_ES |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/10550/59467 | |
| dc.description.abstract | Durante la conducción nocturna es posible experimentar deslumbramiento producido por las luces delanteras de los coches que vienen en sentido contrario. Esto también puede ocurrir cuando el sol se encuentra bajo. La falta de homogeneidad en los medios pueden producir dispersión de la luz, resultando en un velo de luz que se proyecta sobre la imagen retiniana. La Commission Internationale de l'Éclairage (CIE) define esta luz dispersada sobre la retina (en adelante se empleará su denominación en inglés, straylight) como deslumbramiento discapacitante. Este straylight se manifiesta, sin embargo, como algo más que únicamente un deslumbramiento. La pérdida de color y contraste, visión con neblina, y dificultad en el reconocimiento facial a contraluz son algunas de las quejas referidas por sujetos con niveles elevados de straylight. Incluso en ojos jóvenes sanos, una pequeña parte de la luz que entra en el ojo es dispersada. La dependencia con la edad del straylight en la población sana ha sido ampliamente estudiada. Hoy se sabe que el envejecimiento y varias condiciones patológicas, tales como catarata, pueden elevar el straylight. Aunque el straylight no aumenta antes de los 40 años de edad, algunas condiciones patológicas, tales como catarata congénita, pueden incrementarlas, algunas veces a niveles extremos. La dependencia del straylight con la catarata ha sido estudiado en varios tipos de catarata. Mientras que el straylight varia entre cataratas de diferentes morfologías, en algunos casos un nivel de straylight marcadamente elevado puede estar acompañada de una buena agudeza visual. Se cree que la catarata, la opacificación progresiva del cristalino, ocurre cuando las proteínas que forman el cristalino resultan dañadas o desorganizadas. A medida que la catarata progresa, puede causar una pérdida gradual de la visión y, eventualmente, llevar a ceguera total. La catarata es la causa más frecuente de pérdida de visión en el mundo. A pesar del cada vez mayor número de cirugías de catarata en el mundo y el avance en las técnicas de medida e instrumentación quirúrgica, el proceso de toma de decisiones que indica la cirugía de catarata sigue siendo el tradicional, esto es, los oftalmólogos únicamente tienen en cuenta medidas subjetivas (por ej. quejas visuales del paciente, agudeza visual, y transparencia de los medios oculares evaluados con lámpara de hendidura). La información es contrastada entonces con las demandas visuales del paciente. Sin embargo, una evaluación más objetiva del impacto de la catarata en la función visual, y el impacto de la cirugía en la función visual, podría ser interesante. Por esa razón, parecen lógicos la identificación y empleo de variables cuantificables, y su equilibrado frente a las medidas subjetivas. En esta tesis doctoral se han evaluado varias funciones ópticas a ser consideradas como medidas objetivas del efecto visual de la catarata. El principal interés de este trabajo fue, sin embargo, estudiar el cambio en la cantidad de luz dispersada en el ojo envejecido, con un enfoque en los ojos con catarata. Potencialmente, en el futuro tales medidas objetivas podrías ser utilizadas en el desarrollo de un algoritmo que podría convertirse en un sustituto apto para el proceso actual de toma de decisiones sobre la catarata. Conocer el efecto funcional de la catarata en la función visual es esencial. Las imperfecciones ópticas determinan la calidad de la imagen retiniana. En la práctica, ésta puede ser evaluada mediante la determinación de la cantidad de luz (proveniente de una fuente puntual) que es esparcida sobre la retina. Esta es la denominada función de esparcimiento de punto, o point spread function (PSF), la cual es aceptada como la función que proporciona una descripción completa de la calidad óptica del sistema. En ausencia de imperfecciones de cualquier tipo (es decir, en un ojo perfecto), la respuesta de un sistema óptico es idéntica a la luz incidente . Sin embargo, en el ojo humano con imperfecciones en los medios ópticos, la luz se esparce y genera un punto brillante en el centro, perdiendo intensidad de forma gradual pero continua hacia la periferia. Dos aspectos de la PSF que pertenecen a dos dominios funcionales diferentes deben ser combinados: una porción central y un faldón exterior. Este faldón exterior (mayor a 1º), es el denominado dominio de ángulo amplio, y es producido por el straylight. El straylight puede ser cuantificado utilizando un straylightmeter disponible comercialmente (C-Quant, Oculus Optikgeräte GmbH, Wetzlar, Germany). La porción central de la PSF, denominado dominio de ángulo estrecho (hasta 0.3°), está afectado por las aberraciones ópticas. En la práctica clínica, es este dominio de ángulo estrecho el que es evaluado mediante las pruebas de agudeza visual, sensibilidad al contraste, y con los sistemas de aberrometría que determinan las aberraciones de alto y bajo orden. Las aberraciones ópticas del ojo limitan la calidad de la imagen retiniana y restringen la visión espacial reduciendo la agudeza visual y el contraste. Mediante la evaluación de las aberraciones del frente de onda puede obtenerse información importante. La aberrometría ocular ha venido siendo realizada durante las últimas décadas. Los métodos primarios se basaban en medidas subjetivas. Sin embargo, con la aparición de los aberrómetros automatizados, se ha vuelto posible para los oftalmólogos medir las aberraciones de alto orden de forma tan sencilla como la medida de las de bajo orden con un refractómetro. Los aberrómetros comerciales utilizan diversos principios de medida para determinar las aberraciones del ojo, como Shack-Hartmann, trazado de rayos, o Tscherning, y proporcionan mapas aberrométricos con gran cantidad de detalle. La cantidad de detalle contenida en esos mapas pueden hacer de su interpretación una tarea dura y confusa. Para facilitar la comprensión de los mapas aberrométricos, éstos pueden ser descritos mediante polinomios de Zernike. Algunas métricas tales como la ratio de Strehl y la raíz cuadrática media (RMS) del error de frente de onda han sido utilizados ampliamente en oftalmología. Algunos estudios, sin embargo, han mostrado que estas métricas no son predictores adecuados de la solvencia visual. Hay múltiples maneras de formular métricas de calidad de imagen en el ojo humano. Una publicación demostró la correlación de 31 métricas de calidad de imagen con la agudeza visual de alto contraste. Las correlaciones fueron estimadas para una pupila de 6-mm donde la RMS del error se mantenía constante. Este estudio concluyó que la mejor métrica en términos de alta correlación con la agudeza visual, como medida de solvencia visual, fue una métrica de calidad de imagen basada en la ratio de Strehl denominada ratio de Strehl visual (VSR). Esta métrica es la ratio de la intensidad actual de la PSF del ojo en presencia de aberraciones en el punto imagen Gaussiana y la intensidad máxima de un punto limitado por la difracción en ausencia de cualquier aberración. Lo que distingue esta métrica de la métrica de ratio de Strehl, es la inclusión de componentes neurales del sistema visual. Previamente se ha mostrado que 0.25 μm de aberración sobre una pupila de 6-mm podrían cambiar la agudeza visual en dos líneas logMAR, mientras que el error RMS total permanece inalterado. También se ha mostrado que la combinación de modos de Zernike pueden ser más importantes que la magnitud de cada uno de manera individual. El tipo y proporciones relativas de cada modo en la combinación determinan la cantidad de ganancia/pérdida en solvencia visual, permaneciendo el error RMS y el tamaño pupilar constante. Se ha referido que la mejor métrica VSR responde al 81% de la varianza en agudeza LogMAR de alto contraste en ojos normales (sin catarata), y se ha mostrado por parte de los autores originales que es un predictor preciso de la agudeza visual. Otros estudios también han confirmado que hay una fuerte correlación entre las métricas VSR y a agudeza visual. Como se ha mencionado antes, los objetivos de esta tesis fueron (1) estudiar el straylight in vivo en ojos envejecidos con un enfoque hacia los ojos cataratosos; (2) estudiar la idoneidad de ciertas funciones ópticas y la morfología de la catarata como discriminadores fiables para poder desarrollar un algoritmo de ayuda en la toma de decisión quirúrgica en el futuro. En el Capítulo 2, el objetivo era intentar averiguar cuales son las condiciones pupilares durante la medida del straylight, y qué efecto potencial podría tener en el valor de straylight obtenido. En otras palabras, se investigó si el tamaño pupilar y el straylight medido bajo condiciones de iluminación tenue son las mismas que el tamaño pupilar y valor de straylight obtenidos bajo condiciones de oscuridad. Con este objetivo se diseñó un estudio que englobaba dos partes: (1) La medida del diámetro pupilar bajo varios niveles de iluminación ambiental; (2) La medida del straylight ocular bajo varios niveles de iluminación ambiental. Un grupo de 21 sujetos, 6 de ellos entre con edades comprendidas entre los 26 y los 29, y 15 de ellos entre los 50 y los 68 años de edad, del personal del Rotterdam Ophthalmic Institute, todos ellos con respuestas pupilares normales, se ofrecieron voluntarios para participar en este estudio. Tres de los sujetos más jóvenes no eran caucásicos, mientras que los 18 restantes sí lo eran. La primera parte de las medidas fueron realizadas en 20 de ellos; uno de los sujetos del grupo más joven se retiró del estudio. Primero se determinó el tamaño pupilar bajo tres niveles de iluminación ambiental: 4, 40, y 400 lux, medidos sobre la superficie de la mesa. Para eliminar el efecto del hippus, se permitió un tiempo de adaptación de 15 segundos. Las medidas fueron tomadas del nivel de iluminación más bajo al más elevado. A continuación, el straylight fue determinado utilizando el C-Quant straylightmeter. El C-Quant funciona basándose en el método de comparación de compensación, que compara la amplitud de un parpadeo contra-fase de luz requerido para compensar el parpadeo de luz inducido por la fuente de straylight. Simultáneamente, el cambio de tamaño pupilar del ojo contralateral fue registrado con una cámara montada sobre la cubierta del straylightmeter. Los resultados mostraron que el tamaño de la pupila disminuyó con la iluminación ambiental y con la edad (ambos p < 0.05). La dependencia del tamaño pupilar con la edad disminuye a medida que se incrementa la iluminación de la habitación (0.018 mm/año a 4 lux, 0.014 mm/año a 40 lux, y 0.008 mm/año a 400 lux). Sin embargo, durante la medida del straylight, los tamaños pupilares difícilmente difirieron entre los 4 y los 40 lux. Los tamaños pupilares respectivos se correspondían en promedio con la adaptación a 399 y 451 lux. No se encontraron diferencias estadísticamente significativas entre el straylight obtenido bajo ambas iluminancias, con un R2 promedio de 0.85, p < 0.05. Aunque el tamaño pupilar se ve afectado por más factores, tales como el tamaño del campo y el número de ojos adaptados, deducimos de los resultados que con niveles bajos de iluminación, el tamaño de la pupila varía más con la edad. Es más, el diámetro pupilar promedio mostró muy poco cambio de las condiciones de iluminación baja a intermedia. Tampoco se encontró una dependencia entre el tamaño de la pupila y los valores de la luz de la calle usando dos condiciones de luz. Los datos mostraron que la desviación estándar de la diferencia de straylight entre los ojos derecho e izquierdo aumentó con la edad, aunque ligeramente. Sin embargo, el valor medio de estas diferencias y las desviaciones estándar fueron pequeñas en ambos niveles de iluminancia. En conjunto, se llega a la conclusión de que la iluminancia de la sala de examen durante la evaluación del straylight no afecta al resultado en ojos normales. Bajo condiciones mesópicas y escotópicas, la luminancia del campo de prueba es mucho más alta que la de la habitación, que determina el tamaño de la pupila. Independientemente del nivel de iluminación, el straylight determinado en un laboratorio es válido para pupilas fotópicas a un nivel de adaptación correspondiente a una iluminación de sala de aproximadamente 400 lux. En el capítulo 3, se prueba la utilidad de la VSR ocular derivada de aberraciones de frente de onda, calculado en el dominio de frecuencia utilizando la función de transferencia de modulación (VSMTF), para cuantificar la severidad de la catarata relacionada con la edad en términos de agudeza visual. En consecuencia, se establecen los siguientes objetivos: (1) estudiar la correlación entre el VSMTF y la agudeza visual en ojos con catarata y sin corrección y comparar el resultado con el de ojos normales; (2) Avanzar con la estimación de la correlación entre VSMTF y la agudeza visual en ojos con catarata después de corregir sus aberraciones de bajo orden. En este estudio exploratorio observacional, se incluyeron 18 ojos sanos de 9 sujetos y 15 ojos de 15 pacientes con catarata nuclear, cortical o subcapsular posterior. La edad media en el grupo sano fue de 36,5 ± 12,6 años (rango de 25 a 56) y 68,9 ± 9,1 años (de 54 a 82) en el grupo con catarata. Se calculó el VSMTF basado en aberraciones de bajo orden (desenfoque Z_2^0, astigmatismo Z_2^(-2) y Z_2^2) y varias aberraciones de alto orden (coma Z_3^(-1) y Z_3^1, trefoil Z_3^(-3) y Z_3^3, esférica primaria Z_4^0, astigmatismo secundario Z_4^(-2) y Z_4^2, y quadrafoil Z_4^(-4) y Z_4^4). El aberrómetro utilizado en este estudio analiza el total de WFAs hasta el décimo orden. La métrica de plano de imagen VSMTF es una función matemática que toma coeficientes de expansión de Zernike normalizados como entrada y entrega un valor único entre cero y uno como salida. El VSMTF se calculó utilizando un código Matlab desarrollados para este fin (escritos por el Prof. Dr. Larry Thibos de la Universidad de Indiana). Esta métrica se deriva de los mapas de frente de onda como se describe por los espectros de Zernike. Todos los coeficientes de Zernike fueron reescalados para una pupila de 3 mm. Se calculó el coeficiente medio de Zernike de cada modo y se comparó con el del grupo no catarata. La agudeza visual se midió en todos los sujetos usando el optotipo ETDRS estándar. Los resultados mostraron que en estos dos grupos, la agudeza visual disminuyó linealmente en función de la VSMTF ocular. La pendiente de la línea de regresión fue de -0,50 en el grupo sano y -0,36 en el grupo con catarata, pero la diferencia en la regresión entre los dos grupos no fue significativa. La correlación entre logVSR ocular y logMAR fue significativa en ambos grupos (r = -0,90 en el grupo sano y r = -0,81 en el grupo con catarata, p <0,05 en ambos grupos). La relación que se encontró se corresponde con la referida por los autores originales. En este capítulo se ha confirmado que la métrica VSMTF tiene una fuerte correlación con la agudeza visual en los ojos sin catarata sin corregir. También se encontró una alta correlación entre las dos medidas en ojos de catarata no corregidos. La alta correlación sugiere que esta métrica puede actuar como un sustituto para la prueba de la agudeza visual en ojos con funcionamiento normal de retina y cerebro, independientemente de su estado de catarata. También los resultados del grupo de cataratas después de la corrección se correspondió con los datos anteriores. La conclusión fue que el VSMTF es una métrica adecuada para predecir la agudeza visual tanto en ojos sanos como en cataratas. Como se mencionó anteriormente, la agudeza visual es un criterio importante en el proceso de toma de decisiones quirúrgicas de la catarata. Sin embargo, varios estudios han demostrado que en un número significativo de casos de cataratas, la agudeza visual no es una medida adecuada para juzgar la función visual. Estudios posteriores han apoyado esta noción. Por otra parte, ha habido informes de ningún cambio o incluso un aumento en straylight después de la cirugía de catarata cuando la decisión se tomó exclusivamente en base a la agudeza visual. La razón de esto es que la agudeza visual sólo evalúa el impacto de la difusión de luz de ángulo estrecho debido a errores de refracción, y por lo tanto sólo puede medir una parte limitada de la visión de un paciente. Se observó que se necesitaban pruebas visuales adicionales que pudieran reflejar la pérdida de la función visual, pero al mismo tiempo no deberían estar relacionadas con la agudeza visual. El método de comparación de compensación para cuantificar el straylight ha sido reconocido como una técnica estándar para evaluar la validez de las pruebas de deslumbramiento discapacitante. Una revisión de la literatura estableció una curva de normalización para los ojos pseudofáquicos. Además, se construyó una curva de referencia que permite estimar la cantidad esperada de straylight tras la cirugía de catarata mediante el cálculo de la mejoría de straylight en función de la edad y del straylight preoperatorio. Aunque esta referencia es una buena medida para el manejo de la catarata en un ojo promedio, puede pasar por alto la influencia del tipo, ubicación e intensidad de la catarata en el resultado porque el tipo de catarata no se especificó en la curva de normalización. Para establecer referencias clasificadas morfológicamente, se necesita una norma fáquica estratificada al tipo de catarata. Por lo tanto, se investigó el straylight en ojos con cataratas de diferentes morfologías, en función de la edad y la agudeza visual. En el Capítulo 4, se realizó una revisión bibliográfica para identificar publicaciones relevantes sobre straylight, edad y agudeza visual en tres tipos comunes de catarata. Además, se recalculó la importancia de la relación entre el straylight y la agudeza visual, teniendo en cuenta la morfología de la catarata. Los estudios publicados incluidos en esta revisión bibliográfica evidenciaron individualmente que tal correlación varía de un tipo de catarata a otro. El tamaño de la población y la severidad de la catarata difería entre todos estos estudios. Sin embargo, se considera que el número final relativamente grande de observaciones y sus diversos grados de intensidad de la catarata como punto fuerte de este estudio para mejorar la generalización de los resultados. Este capítulo incluye dos partes: la primera parte abarca una revisión bibliográfica exhaustiva para estudiar el efecto de diferentes morfologías de la catarata, es decir, cataratas nucleares, cataratas corticales y cataratas subcapsulares posteriores (PSC), en el straylight y determinar modelos de valores straylight en función de la edad para diferentes tipos de catarata; en segundo lugar, se calcularon las correlaciones entre straylight y agudeza visual, la cantidad de progresión del straylight y la agudeza visual de los de un grupo normal, y las relaciones entre la edad y la agudeza visual en cada grupo de cataratas. Se realizó un examen bibliográfico que incluyó todos los estudios disponibles que refirieron valores de straylight, en ojos con catarata con especificación de su morfología. El idioma de los artículos, edad, sexo y raza de los participantes no influyeron en este proceso. Todos los documentos proporcionaron información sobre el straylight intraocular, edad y agudeza visual de los participantes con especificación del tipo de catarata. Todos los trabajos habían excluido pacientes con antecedentes de cirugía ocular o enfermedades, como retinopatía diabética, glaucoma y degeneración macular relacionada con la edad. Se consideraron fiables para el análisis los datos de straylight con una desviación estándar esperada de 0,12 unidades o menos. Se utilizaron datos de cinco artículos para desarrollar las curvas normativas de log(s)-edad para los tres tipos de catarata. Las correlaciones entre las dos variables fueron calculadas y comparadas entre sí. Se calculó el valor normal esperado normal de straylight para cada tipo de catarata, todos los tipos de catarata combinados y el grupo control mediante el uso de una ecuación normativa log(s)-edad. El valor medio del valor de straylight fue de 1,22 log (s) ± 0,20 (SD) en catarata nuclear (592 ojos), 1,26 log (s) ± 0,23 en la cortical (776 ojos) y 1,48 log (s) ± 0,34 en la catarata PSC (75 ojos). La pendiente de la relación entre edad y straylight fue de 0,009 (R2 = 0,20) en la catarata nuclear, 0,012 (R2 = 0,22) en la cortical y 0,014 (R2 = 0,11) en la PSC. La pendiente de la relación entre straylight y agudeza visual fue de 0,62 (R2 = 0,25) en la catarata nuclear, 0,33 (R2 = 0,13) en la cortical y 1,03 (R2 = 0,34) en la PSC. Otros hallazgos fueron las ratios entre straylight y edad, y entre straylight y agudeza visual. La mediana del parámetro de straylight/edad tuvo el valor más bajo en el grupo de catarata nuclear y el valor más alto en el grupo PSC, aunque con una distribución más sesgada comparando los otros dos grupos de cataratas. La mediana de log (s) / logMAR mostró valores similarmente inferiores en los grupos nuclear y cortical en comparación con el grupo PSC. En ambos casos, los valores medianos tanto de los grupos nuclear como cortical fueron estadísticamente significativamente inferiores a los del grupo PSC. De acuerdo con la literatura, se encontró que la edad promedio de la población PSC que se desarrolla o se somete a cirugía para PSC es más joven que para otros tipos de cataratas. En cada grupo de catarata, la diferencia en los valores medios de straylight de estudios individuales y la función de dependencia respectiva fue significativa. Esto se explicó por los diferentes niveles de severidad de la catarata y la diferencia significativa en el número de ojos del estudio más grande y el resto. Sin embargo, esta diferencia no se observó entre las pendientes de cada estudio y las respectivas funciones de dependencia. Independientemente de la gravedad de las cataratas, este estudio apoyó la hipótesis de que el straylight es el más alto en PSC. Se consideró que las fluctuaciones en la densidad y el índice de refracción discontinuo eran responsables de dicha amplificación. Nuestros resultados también confirmaron que en las primeras etapas de la catarata, para los pacientes con PSC, la agudeza visual por sí sola no es una evaluación adecuada del rendimiento visual y el manejo de la catarata. La correlación entre log (s) y agudeza visual logMAR varió de nada a un valor moderado en los estudios individuales y dentro de los tipos de catarata, pero nunca fue fuerte. En general, ningún tipo de catarata mostró correlación fuerte log(s)-logMAR. En la práctica clínica, esto significa que no se puede predecir el straylight en base a la agudeza visual para ningún tipo de catarata. Por lo tanto, este capítulo corroboró que el straylight en ojos con catarata varía bastante independientemente de la edad y la agudeza visual mejor corregida. Se especuló que la independencia de estos dos aspectos era causada por diferentes procesos ópticos en el cristalino de escalas espaciales muy diferentes. En conclusión, tener en cuenta la morfología de la catarata proporcionará una mejor visión de la disfunción visual del ojo con catarata. En la PSC, en particular, los valores notablemente elevados de straylight no se corresponden necesariamente con una pérdida de agudeza visual. La catarata es un defecto óptico multifactorial, que afecta a las PSF del ojo de diferentes maneras. Un cristalino cataratoso puede tener varios dispersores de luz ultraestructurales que provocan varias cantidades de dispersión de luz hacia atrás y hacia adelante. Sin embargo, la parte central de la PSF está asociada con aberraciones ópticas y está formada por parte de la luz entrante que no es perturbada por los dispersores en los medios oculares. Sólo un pequeño porcentaje de la luz entrante se ve afectada por las irregularidades que dispersan la luz en los medios, y proyecta un velo de luz no deseada sobre la imagen de la retina. Se ha establecido que la intensidad de straylight disminuye considerablemente con el ángulo (θ), con una dependencia aproximadamente cuadrática. El parámetro straylight definido como θ2 x PSF, cambia ligeramente de 2,5° a 25,4° con un comportamiento parabólico con un mínimo en proximidad a 7 ° en ojos sanos así como en ojos con catarata. En un tipo de catarata congénita, es decir, catarata congénita pulverulenta, se ha observado que la visión puede ser fuertemente alterada sin demasiada pérdida de agudeza. Se encontró accidentalmente un caso dramático en el que un profesional de alto nivel fue amenazado con perder su trabajo debido a un straylight elevado, mientras que su agudeza visual era normal. Se decide entonces estudiar los efectos sobre el straylight de esta afección. El interés primordial en el Capítulo 5 fue estudiar el grado en que el straylight está elevado en ojos con cataratas congénitas pulverulentas. El objetivo secundario era comprobar si la dependencia angular del straylight se corresponde con lo que es típico para las cataratas como se mencionó anteriormente. Se incluyeron tres casos. En 6 ojos de 3 casos jóvenes con catarata congénita pulverulenta se observó unos valores de straylight notablemente elevados, mientras que se conservaba la agudeza visual. Un caso (caso 1) se estudió con más detalle, es decir, la morfología de la catarata, straylight multi-ángulo, agudeza visual y aberraciones de frente de onda (VSMTF). Los resultados se compararon con los de estudios realizados previamente en grupos sin catarata y con catarata asociada a edad. La dependencia angular del straylight de este caso se comparó con la de 33 de ojos azules caucásicos sin catarata y 65 pacientes con catarata cortical, nuclear y subcapsular posterior de dos estudios anteriores. En el caso 1, la catarata era del tipo central congénito pulverulento, bilateral, estático y perfectamente simétrico en ambos ojos. Se puede describir mejor como una catarata floriforme granular con 3 estructuras lamelares en forma de pétalo inscritas en dos opacidades punteadas circulares concéntricas en el núcleo. Su agudeza visual con su mejor corrección fue de -0,24 logMAR (ojo derecho) y -0,30 logMAR (ojo izquierdo), a pesar de un straylight 5 veces más elevado (ojo derecho: 1,62 log (s), ojo izquierdo: 1,59 log (s)). Las aberraciones del frente de onda estaban dentro de los límites normales. La dependencia angular del straylight fue diferente en este caso de la de los ojos normales o de las formas usuales de catarata asociada a la edad. Esta peculiaridad ha sido interpretada como el resultado de dispersión por partículas mucho más grandes (aproximadamente 20-30 μm de diámetro) que aquellas de cristalinos normales y con catarata. A saber, para cristalinos de ojos humanos jóvenes y envejecidos se ha encontrado que las partículas con un radio medio de aproximadamente 0,7 μm dominan el straylight. La dispersión a grandes ángulos (30°-180°) está dominada por partículas mucho más pequeñas que la longitud de onda de la luz incidente. Por el contrario, cuando el tamaño de partícula es mucho mayor que la longitud de onda de la luz incidente, como en el caso 1, la difracción causa patrones de dispersión con una distribución más fuerte en dirección hacia adelante y ángulos más pequeños. Esto explica la diferencia en la dependencia angular según se informa en este capítulo. Se explican las muy buenas agudezas visuales de los tres casos, a pesar de la elevada dispersión de la luz, por diferentes contribuciones a la PSF de las aberraciones ópticas (evaluadas por medio de la agudeza visual) y el straylight, así como las diferentes procedencias. Desde el punto de vista óptico, esta falta de relación explica por qué el proceso de dispersión de la luz (que da lugar al straylight) tiene poco impacto en la región central de la PSF, que está asociada con la agudeza visual, independientemente del nivel de straylight. Como conclusión general de esta tesis doctoral, cabe señalar que el straylight y la agudeza visual parecen ser bastante autónomas. Sin embargo, en promedio, existe cierta correlación. La tasa de esta dependencia parecía ser una función de la morfología de la catarata. Estos hallazgos están de acuerdo con la literatura y aseguran que straylight es potencialmente una medida importante para la calidad de la visión y el indicador para la cirugía de catarata, junto con la agudeza visual y la morfología de la catarata. Otro hallazgo importante de esta tesis es la competencia de VSMTF en la predicción de la agudeza visual objetivamente en los ojos con catarata. Los resultados muestran que la combinación de las funciones óptico-visuales mencionadas y la morfología del cristalino podrían ser ingredientes fiables para desarrollar un algoritmo para predecir el momento óptimo para realizar la cirugía. Se han realizado muchos estudios sobre la importancia de considerar el straylight en esta ecuación. Esta tesis confirma esta propuesta. Sin embargo, se necesita más investigación para validar la fiabilidad de la VSMTF para predecir la agudeza visual en la población con catarata teniendo en cuenta la morfología de la lente. Además, la peculiar dependencia angular del straylight en ojos con catarata congénita pulverulenta merece un amplio estudio en más sujetos con más diversos tipos de defectos de dispersión óptica. | es_ES |
| dc.description.abstract | Driving at night, you may experience being blinded by the headlights of an oncoming car. This may also happen when looking at a low sun. Inhomogeneities in the ocular media can cause light scattering, resulting in a veil of light, called straylight, projected onto the retinal image. The Commission Internationale de l'Éclairage (CIE) defines straylight as disability glare. Straylight, however, manifests itself with more than glare alone. Contrast and color loss, hazy vision, and difficulty with face recognition against the light are some complaints people with increased straylight may experience. Even in young healthy eyes, a small part of the light entering the eye is scattered. The age-dependence of straylight in a healthy normal population has been extensively studied. It is now known that ageing and various ocular pathological conditions, such as cataract, can elevate straylight. Although straylight does not increase before the age of 40, some pathological conditions, such as congenital (early onset) cataracts, can increase it, sometimes to an extreme degree. Cataract-dependence of straylight has been studied in various cataract types; a significant difference in straylight has been shown to exist between cataract types. While straylight varies among different cataract morphologies, in some cases, strongly elevated straylight can be accompanied by good visual acuity. It is believed that cataract, the clouding of the eye’s crystalline lens, occurs when the proteins that form the lens get damaged or disorganized. As cataract progresses, it can cause a gradual loss of vision and eventually lead to total blindness. Cataract is the most common cause of vision loss and is the leading cause of blindness around the globe. Despite an increasing number of cataract operations worldwide and advancement of measurement techniques and surgical instrumentation, the decision-making process for the indication of cataract surgery has remained traditional, that is ophthalmologists take mainly subjective measures (i.e. patient’s visual complaints, visual acuity, and the clarity of the eye media evaluated using a slit-lamp) into account. This information is then weighted against the visual demands of the patients. However, a more objective assessment of the cataract’s impact on visual function, and the impact of surgery on visual function, may be interesting. For that reason, identifying and employing quantifiable variables and balancing them against the subjective measures seem logical. In this doctoral thesis, we have evaluated several optical functions to be considered as objective measures of the visual effect of cataract. The main interest of this work, however, was to study the change in the amount of scattered light in the ageing eyes, with a focus on cataractous eyes. Potentially, in the future such objective measures may be used for developing an algorithm that could become an apt surrogate for the present cataract decision-making process. Understanding the functional effect of cataract on visual functions is essential. Optical imperfections determine the quality of the retinal image. In practice, this can be assessed by determining the extent of light (coming from a point source) being spread across the retina. This is called the point spread function (PSF) which is accepted as a full description of optical quality. In the absence of any imperfections (i.e. a perfect eye), the response of the optical system is identical to the incident light. However, in the human eye with imperfections in the optical media, the light is spread out and generates a bright spot in the center, losing intensity gradually but continuously towards the periphery. Two aspects of the PSF that belong to different functional domains should be discriminated: a central portion and an outer skirt. The outer skirt with a wide-angle domain (beyond 1°), is affected by light scatter which is known as straylight. Straylight is quantifiable with a commercial straylight meter (C-Quant, Oculus Optikgeräte GmbH, Wetzlar, Germany). The central portion of the PSF, called the small-angle domain (up to 0.3°), on the other hand, is affected by optical aberrations. In clinical practice, it is this small-angle domain that is assessed by visual acuity tests, contrast sensitivity, and with wavefront aberrometry, measuring both lower and higher order aberrations, if we can assume low order aberrations to be zero because of correction. Optical aberrations of the eye limit the quality of the retinal image and constrain spatial vision by decreasing visual acuity and contrast. By assessing ocular wavefront aberrations, important information can be obtained. Ocular aberrometry has been practiced over the past few decades. Primary methods were based on subjective evaluations. However, with the advent of automated aberrometers it has become possible for ophthalmologists to measure higher order aberrations as easy as they measure lower order aberrations with a refractometer. Commercial aberrometers utilize variety of principles, e.g. Shack-Hartmann, ray-tracing, Tscherning. Either way, these aberrometers provide informative aberrometric maps with profuse details. The amount of details contained in such maps can make the interpretation a hard and confusing task. To facilitate the understanding of aberrometric maps, they can be described with Zernike polynomials. Some metrics such as Strehl ratio and root-mean-square (RMS) wavefront error have been used somewhat widely in ophthalmology. Several studies, however, showed that these metrics are not proper predictors of visual performance. There are multiple ways to formulate image quality metrics of the human eye. One publication demonstrated the correlation of 31 single-value image quality metrics with high-contrast visual acuity. The correlations were estimated for a 6-mm pupil where the RMS error was kept constant. This study concluded that the best metric in terms of high correlation with visual acuity, as a measure of visual performance, was a visual Strehl-based image quality metric called the visual Strehl ratio (VSR). This metric is the ratio of the actual intensity of the eye’s PSF in the presence of aberrations at the Gaussian image point to the maximum intensity of a diffraction-limited spot in the absence of any aberrations. What distinguishes this metric from the Strehl ratio metric, is the inclusion of neural components of the visual system. Previously, it was shown that 0.25 μm of aberration over a 6-mm pupil, could shift visual acuity by two lines on a logMAR chart, whereas the total RMS error remained unchanged. It was also shown that the combination of Zernike modes can be more important than the magnitude of each individual mode. The type and the relative proportions of each mode in the combination determine the amount of gain/loss in visual performance, with the RMS error and pupil size remaining constant. The best VSR metric was reported to account for 81% of the variance in high-contrast logMAR acuity in normal (non-cataract) eyes, and was shown by the original authors to be an accurate predictor of visual acuity. Other studies also confirmed that there is a strong correlation between VSR metrics and visual acuity. As mentioned earlier, the goals of this thesis were (1) to study in vivo straylight of ageing eyes with a focus on cataractous eyes; (2) to study the eligibility of certain optical functions and cataract morphology to be considered as reliable discriminators for establishing a surgical decision algorithm in the future. In Chapter 2, we aimed to find out what the pupillary conditions are during straylight measurement, and what potential effect this might have on the measured straylight value. In other words, we investigated whether pupil size and straylight measured under dim room light conditions is the same as pupil size and straylight measured under dark room light conditions. To this end, we designed a study encompassing two parts: (1) The measurement of pupil diameter under various room illuminances; (2) The measurement of ocular straylight under various room illuminances. A group of 21 subjects, 6 of them between 26 and 29, and 15 of them between 50 to 68 years of age, from the staff of Rotterdam Ophthalmic Institute, all with normal pupillary responses, volunteered to participate in this study. Three of the younger subjects were non-Caucasian; the remaining 18 subjects were Caucasian. First part of the measurements were performed on all 21 subjects, however, the second part of the measurements were performed on 20 of them; one subject from the younger group dropped out. First, pupil diameter was measured at three levels of room illuminance, 4, 40, and 400 lux, measured at the table surface. To eliminate the effect of hippus, a fifteen-second adaption time to each level of illumination was given. Measurements were carried out from the lowest to the highest level of illumination. Next, ocular straylight was assessed using the C-Quant straylight meter. The C-Quant works based on the compensation comparison method, which compares the amplitude of a counter-phase flickering light required to compensate the induced flickering light produced by the straylight source. Simultaneously, the change in pupil size of the fellow eye was registered by a camera mounted against the shaft of the straylight meter. The results showed that the pupil size decreased with room illuminance and with age (both p < 0.05). The dependency of pupil size on age, decreased as room illuminance increased (0.018 mm/year at 4 lux, 0.014 mm/year at 40 lux, and 0.008 mm/year at 400 lux illuminances). However, during straylight measurement, pupil sizes hardly differed between 4 and 40 lux illuminances. Respective pupil sizes corresponded with 399 and 451 lux adaptation on average. No statistically significant difference was found between the straylight under the two illuminances with average R2 = 0.85, p < 0.05. Although pupil size is influenced by more factors, such as field size and the number of eyes adapted, we derived from the results that under low levels of illumination, pupil size varies more with age. Furthermore, the average pupil diameter showed very little change from low to intermediate illumination conditions. We also did not find a dependency between pupil size and straylight values using two light conditions. The data showed that the standard deviation of straylight difference between right and left eyes increased with age, albeit slightly. However, the average value of these differences and the standard deviations were small under either illuminance level. Collectively, we concluded that the illuminance of the examination room during straylight assessment does not affect the outcome in normal eyes. Under both mesopic and scotopic conditions, the luminance of the test field is so much higher than that of the room, that it determines the pupil size. Regardless of the lighting level, straylight measured in a laboratory, is valid for photopic pupils at an adaptation level corresponding with a room illuminance of about 400 lux. In Chapter 3, we tested the usability of the ocular VSR derived from wavefront aberrations, computed in the frequency domain using the modulation transfer function (VSMTF), for quantifying the severity of age-related cataract in terms of visual acuity. Accordingly, we set out the following objectives: (1) we studied the correlation between the VSMTF and visual acuity in cataract eyes with uncorrected vision and compared the result with that of normal eyes; (2) We furthered with estimating the correlation between VSMTF and visual acuity in cataract eyes after correcting their lower-order aberrations. In this exploratory observational study, we included 18 healthy eyes of 9 subjects and 15 eyes of 15 patients with nuclear, cortical, or posterior subcapsular cataract. Mean age in the healthy group was 36.5 ± 12.6 years (ranging from 25 to 56) and 68.9 ± 9.1 years (ranging from 54 to 82) in the cataract group. We calculated the VSMTF based on lower-order aberrations (defocus Z_2^0, astigmatism Z_2^(-2) and Z_2^2) and several higher-order aberrations (coma Z_3^(-1) and Z_3^1, trefoil Z_3^(-3) and Z_3^3, primary spherical Z_4^0, secondary astigmatism Z_4^(-2) and Z_4^2, and quadrafoil Z_4^(-4) and Z_4^4). The aberrometer used in this study analyzes the total WFAs up to the tenth order. The image plane metric VSMTF is a mathematical function which takes normalized Zernike expansion coefficients as input and delivers a single value between zero and one as output. The VSMTF was computed using a purpose-written Matlab codes (written by Prof. Dr. Larry Thibos from Indiana University). This metric is derived from the wavefront maps as described by Zernike spectra. All the Zernike coefficients were rescaled for a 3-mm pupil. The average Zernike coefficient of each mode was calculated and compared with that of the non-cataract group. The visual acuity test was performed in all subjects using the standard ETDRS chart. The results showed that in these two groups, visual acuity decreased linearly as a function of ocular VSMTF. The slope of the regression line was −0.50 in the healthy group and −0.36 in the cataract group, but the difference in regression between the two groups was not significant. The correlation between ocular logVSR and logMAR was significant in both groups (r = −0.90 in the healthy group and r = −0.81 in the cataract group; P < 0.05 in both groups). The relation we found corresponds with that reported by the original authors. In this chapter, we confirmed that the VSMTF metric has a strong correlation with visual acuity in uncorrected non-cataract eyes. A high correlation between the two measures in uncorrected cataract eyes was also found. The high correlation suggests that this metric may act as a surrogate for testing visual acuity in eyes with normal-functioning retina and cerebrum, regardless of their cataract status. Also the results of the cataract group after correction corresponded with the earlier data. The conclusion was that the VSMTF is a suitable metric for predicting visual acuity in both healthy and cataract eyes. As mentioned earlier, visual acuity is an important criterion in the cataract surgical decision-making process. However, various studies have shown that in a significant number of cataract cases, visual acuity is not an adequate measure to judge visual performance. Subsequent studies have supported this notion. Moreover, there have been reports of no change or even an increase in straylight after cataract surgery when the decision was made solely based on visual acuity. The reason for this is that visual acuity only evaluates the impact of narrow-angle light spreading due to refractive errors, and therefore can only measure a limited part of a patient’s vision. It was noted that additional visual tests were needed that could mirror loss of visual function but at the same time should be unrelated to visual acuity. The compensation-comparison method to quantify straylight has been acknowledged as a standard technique to evaluate the validity of disability glare tests. A literature review established a norm curve for pseudophakic eyes. In addition, a reference curve was constructed that allows estimation of the expected amount of straylight after cataract surgery by calculating straylight improvement as a function of age and preoperative straylight. Although this reference is a good measure for cataract management in an average eye, it may overlook the influence of the type, location and intensity of the cataract on the outcome because the type of cataract was not specified in the norm curve. To establish morphologically categorized references, we need a phakic norm stratified to the type of cataract. Therefore, we investigated straylight in eyes with cataracts of varying morphologies, as a function of age and visual acuity. In Chapter 4, we performed a literature review to identify relevant publications on straylight, age, and visual acuity in three common types of cataract. In addition, we recalculated the significance of the relation between straylight and visual acuity while taking cataract morphology into account. The published studies included in this literature review evidenced individually that such correlation varies from one type of cataract to another. The population sizes and severity of the cataracts were different across these studies. However, we considered the relatively large final number of observations and their diverse degrees of cataract intensity as the strength of this study to improve the generalizability of the results. This chapter includes two parts. The first part encompasses a comprehensive literature review to study the effect of different cataract morphologies, i.e. nuclear cataract, cortical cataract, and posterior-subcapsular cataract (PSC), on straylight and to determine models for straylight values as a function of age for different types of cataract. Second, we calculated the correlations between straylight and visual acuity, the amount of progression of straylight and visual acuity from those of a normal group, and the ratios of straylight to age and visual acuity in each cataract group. A literature examination was carried out including all available studies that reported straylight values, in cataract eyes with specification of its morphology. The language of the articles, and age, gender, and race of the participants had no influence in this process. All papers provided information on intraocular straylight, age and visual acuity of participants with the specification of the type of cataract. All papers had excluded patients with a history of ocular surgery or diseases, such as diabetic retinopathy, glaucoma, and age-related macular degeneration. We considered straylight data with an expected standard deviation of 0.12 log units or less reliable for analysis. Data from five articles were used to develop the log(s)-age normative curves for the three types of cataract. The correlations between the two variables were calculated and compared with each other. We calculated the normally expected mean straylight value for each cataract type, all types of cataract combined and the control group by using a log(s)-age normative equation. The mean straylight value was 1.22 log(s) ± 0.20 (SD) in nuclear (592 eyes), 1.26 log(s) ± 0.23 in cortical (776 eyes), and 1.48 log(s) ± 0.34 in PSC (75 eyes) cataract. The slope of straylight-age relationship was 0.009 (R2 = 0.20) in nuclear, 0.012 (R2 = 0.22) in cortical, and 0.014 (R2 = 0.11) in PSC cataract. The slope of straylight-visual acuity relationship was 0.62 (R2 = 0.25) in nuclear, 0.33 (R2 = 0.13) in cortical, and 1.03 (R2 = 0.34) in PSC cataract. Further findings were the ratios between straylight and age, and between straylight and visual acuity. The median of straylight parameter/age had the lowest value in nuclear cataract group and the highest value in PSC group, albeit with a rather more skewed distribution comparing the two other cataract groups. The median of log(s)/logMAR showed similarly lower values in nuclear and cortical groups in comparison to that of PSC group. In both cases, the median values of both the nuclear and the cortical groups were statistically significantly lower than that of the PSC group. In agreement with the literature, we found that the average age of the population PSC population developing or undergoing surgery for PSC is younger that for other types of cataract. In each cataract group, the difference in the mean straylight values of individual studies and the respective dependency function was significant. This was explained by different levels of cataract severity and significant difference in the number of eyes of the largest study and the rest. Such a difference, however, was not observed between the slopes of each study and the respective dependency functions. Regardless of severity of cataracts, this study supported the notion that the straylight is the highest in PSC. Fluctuations in density and discontinuous refractive index were understood to be responsible for such amplification. Our results also confirmed that in the earlier stages of cataracts, for patients with PSC, visual acuity alone is not an adequate assessment of visual performance and cataract management. The correlation between log(s) and logMAR visual acuity varied from none to a moderate one in individual studies and within cataract types, but it never was strong. Overall, no type of cataract showed strong log(s)-logMAR correlation. In clinical practice, this means straylight cannot be predicted on the basis of visual acuity for any type of cataract. This chapter thus corroborated that straylight in cataract eyes varies rather independently from age and best-corrected visual acuity. The independence of these two aspects was speculated to be caused by different optical processes in the crystalline lens of very different spatial scales. In conclusion, considering the morphology of cataract will provide a better insight in the visual dysfunction of a cataractous eye. In PSC, particularly, notable elevated straylight values do not necessarily coincide with a loss in visual acuity. Cataract is a multifactorial optical defect, affecting the PSF of the eye in different ways. A cataractous lens may have several ultrastructural light scatterers causing various amounts of backward and forward light scattering. However, the central part of the PSF is associated with optical aberrations, and is formed by part of the entering light which is not disturbed by the scatterers in the eye’s media. Merely a few percent of the entering light is affected by the scattering irregularities in the media, and projects a veil of unwanted light over the retinal image. It has been established that straylight intensity decreases greatly with angle (θ), with an approximately quadratic dependence. The straylight parameter defined as θ2 x PSF, changes slightly from 2.5° to 25.4° with a parabolic behavior with a minimum in proximity to 7° in healthy as well as cataract eyes. In one type of congenital cataract, i.e., pulverulent congenital cataract, it has been noted that vision can be strongly disturbed without much acuity loss. We accidentally came across one dramatic case where a high-level professional was threatened to lose his job because of strongly elevated straylight, whereas visual acuity was normal. We decided to study the straylight effects of this condition. The primary interest in Chapter 5, was to study the degree to which straylight is elevated in eyes with pulverulent congenital cataract. The secondary goal was to test whether the angular-dependence of straylight corresponded to what is typical for cataracts as mentioned above. Three cases were included. In 6 eyes of 3 young cases with pulverulent congenital cataract, remarkably elevated straylight was observed, whereas visual acuity was well preserved. One case (Case 1) was studied in more detail, i.e. cataract morphology, multi-angle straylight, visual acuity, and wavefront aberrations (VSMTF). Results were compared with those from previously conducted studies on non-cataract and age-related cataract groups. The angular-dependence of straylight of this case was compared with that of 33 blue-eyed Caucasians with no cataract and 65 patients with cortical, nuclear and posterior subcapsular cataracts from two previous studies. In Case 1, the cataract was a central pulverulent congenital type, bilateral, static, and perfectly symmetrical in both eyes. It can be described best as a granular floriform cataract with 3 petal-shaped lamellar structures inscribed in two concentric circular punctuate opacities in the nucleus. His best corrected visual acuity was −0.24 logMAR (right eye) and −0.30 logMAR (left eye), despite 5x elevated straylight values (right eye: 1.62 log(s), left eye: 1.59 log(s)). Wavefront aberrations were within normal limits. The angular-dependence of straylight was different in this case from that in normal eyes or the usual age-related forms of cataract. This peculiarity has been interpreted as the result of much larger scattering particles (approximately 20−30 μm in diameter) than those in normal and cataract lenses. Namely, for young and aged human eye lenses it has been found that particles with average radius of approximately 0.7 μm dominate straylight. Scattering at large angles (30°−180°) is dominated by particles much smaller than the wavelength of the incident light. In contrast, when the particle size is much larger than the wavelength of the incident light, as it is in Case 1, diffraction causes scattering patterns with a stronger distribution in the forward direction and smaller angles. This explains the difference in angular-dependence as reported in this chapter. We explained the very good visual acuities of the three cases, despite elevated light scattering, by different contributions to the PSF of optical aberrations (assessed by visual acuity) and straylight as well as the different provenances. From an optical standpoint, this lack of relation explains why the process of light scatter (resulting in straylight) has little impact on the central region of the PSF, which is associated with visual acuity, regardless of the level of straylight. As general conclusion of this doctoral thesis, it should be noted that straylight and visual acuity seem to be quite autonomous. However, on average, some correlation exists. The rate of this dependency appeared to be a function of cataract morphology. These findings are in accordance with the literature and ensure that straylight is potentially an important measure for quality of vision and indicator for cataract surgery, along with visual acuity and cataract morphology. Another important finding of this thesis is the competence of VSMTF in predicting visual acuity objectively in cataract eyes. The results show that the combination of mentioned optical-visual functions and lens morphology could be dependable ingredients for an algorithm to predict the optimal timing for performing surgery. Many studies have been conducted on the importance of considering straylight in such equation. This thesis confirms this notion. However, further investigation is needed to validate the liability of the VSMTF to predict the visual acuity in cataract population with taking the lens morphology into account. Moreover, the peculiar angular-dependence of straylight in pulverulent congenital cataract eyes deserves an extensive study in more subjects with more diverse types of optical scattering defects. | en_US |
| dc.format.extent | 121 p. | es_ES |
| dc.language.iso | en | es_ES |
| dc.subject | óptica fisiológica | es_ES |
| dc.subject | oftalmologia | es_ES |
| dc.title | Intraocular scattering changes with age | es_ES |
| dc.type | doctoral thesis | es_ES |
| dc.subject.unesco | optica | es_ES |
| dc.subject.unesco | optometria | es_ES |
| dc.subject.unesco | UNESCO::FÍSICA | es_ES |
| dc.embargo.terms | 0 days | es_ES |
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