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