Gia Linh Houa,b, Chunmei Zeng*a,b, Haomo Yuc aTrường Khoa học và Kỹ thuật quang điện tử, Đại học Soochow, Tô Châu 215006, Trung Quốc;bPhòng thí nghiệm chính của các công nghệ sản xuất quang học tiên tiến của Tỉnh Giang Tô & Phòng thí nghiệm chính của các công nghệ quang học hiện đại của Bộ Giáo dục Trung Quốc, Đại học Soochow, Tô Châu 215006, Trung Quốc;
cTuzhou Mason Optical Co., Ltd.
Tóm tắt
Để đánh giá trực quan hơn về mối quan hệ giữa phòng ngừa cận thị và hiệu quả kiểm soát của kính phòng ngừa và kiểm soát cận thị và các thông số cấu trúc vi mô của kính, bài viết này thiết kế một kính mảng cấu trúc bề mặt yên dựa trên nguyên tắc tương phản và sử dụng mối quan hệ giữa giá trị MTF. Kết quả thiết kế cho thấy trong phạm vi tín hiệu hình ảnh chấp nhận được của mắt người, ống kính mảng cấu trúc bề mặt yên có thể làm cho ánh sáng đi qua cấu trúc vi mô không thể hội tụ và hình ảnh, giúp giảm đáng kể độ tương phản hình ảnh của võng mạc. Khi một tần số không gian nhất định trong phạm vi {{0}} Do đó, công thức thực nghiệm của chiều cao vectơ tối đa và giá trị MTF của microlens của ống kính cảnh tượng được thiết lập và phân tích định lượng các tham số cấu trúc vi mô và tín hiệu tương phản của ống kính cảnh tượng được hoàn thành. Công việc này giúp nhà thiết kế ống kính kiểm soát kiểm soát tương phản của phòng ngừa cận thị và kiểm soát chính xác hơn thông qua các thông số cấu trúc vi mô. Đồng thời, thông qua phân tích, người ta thấy rằng trong trường hợp mất ánh sáng tương đối nhỏ, so với cấu trúc vi mô hình cầu, cấu trúc bề mặt yên có ảnh hưởng tốt hơn đến việc giảm độ tương phản, điều này hữu ích hơn để giảm chất lượng thị giác và làm chậm sự phát triển của myopia.
Từ khóa: Kính khung, phòng ngừa và kiểm soát cận thị, mảng vi cấu trúc, tỷ lệ tương phản
1. Giới thiệu
Theo Báo cáo Tầm nhìn Thế giới do Tổ chức Y tế Thế giới công bố, gần 2,6 tỷ trong số 7 tỷ người thế giới đã phát triển cận thị như một bệnh mắt chức năng vào năm 2020 [1]. Ước tính vào năm 2050, khoảng 5 tỷ người trên thế giới sẽ phát triển cận thị [2]-[3]. Hiện tại, chủ yếu có các biện pháp phòng ngừa và kiểm soát cận thị như các hoạt động ngoài trời, điều trị bằng thuốc và can thiệp quang học [4]. So với khó khăn của các hoạt động ngoài trời, nguy cơ điều trị bằng thuốc và giá dây kính tiếp xúc giác mạc đắt tiền, đeo kính phòng ngừa và kiểm soát cận thị như một can thiệp quang học có thể điều chỉnh cận thị và ức chế sự phát triển của cận thị cùng một lúc có đặc điểm an toàn, thoải mái, tiện lợi và kinh tế. Do đó, đối với bệnh nhân cận thị ở giai đoạn này, đeo kính phòng chống và kiểm soát cận thị dễ dàng được hầu hết các bệnh nhân và gia đình họ chấp nhận. Hiện tại, các ống kính có cấu trúc vi mô được sử dụng để trì hoãn sự sâu sắc của cận thị ở thanh thiếu niên có thể được đưa vào các ống kính dựa trên nguyên tắc của sự mất tập trung cận thị hoặc ống kính dựa trên nguyên tắc quang sai bậc cao hơn. Ống kính dựa trên nguyên tắc quang sai bậc cao có một số gián tiếp nhất định trong việc đánh giá ảnh hưởng của phòng ngừa và kiểm soát cận thị. Rất khó để định lượng trực tiếp mối quan hệ giữa các chỉ số của quang sai bậc cao và các tham số cấu trúc vi mô của ống kính với sự tích lũy dữ liệu hiện tại. Tuy nhiên, có rất ít kính phòng ngừa và kiểm soát cận thị được thiết kế dựa trên nguyên tắc tương phản. Do đó, cần sử dụng các thiết kế khác nhau để giảm hoàn toàn tín hiệu tương phản để can thiệp vào sự phát triển của cận thị. Đồng thời, hiệu ứng phòng ngừa và kiểm soát cận thị của kính được định lượng để có được tín hiệu kiểm soát cận thị phù hợp với bệnh nhân cận thị chính xác và nhanh chóng hơn.
2. Nguyên tắc tương phản
Trong quá trình xem các đối tượng, mắt luôn cố gắng tập trung vào võng mạc để đạt được độ tương phản tối đa. Tuy nhiên, tâm điểm của ánh sáng sự cố xung quanh võng mạc của mắt bình thường hoặc mắt cận thị đeo kính cận thị thông thường ở phía sau võng mạc. Do đó, để có được độ tương phản tối đa, mắt sẽ khiến võng mạc cố gắng tiếp cận tiêu điểm của ánh sáng sự cố, dẫn đến sự gia tăng chiều dài dọc trục, dẫn đến sự phát triển dần dần của cận thị hoặc tăng cường cận thị. Các thí nghiệm về sự phát triển của cận thị đã chỉ ra rằng sự xuất hiện và sự phát triển của cận thị được kích hoạt bởi các tín hiệu mờ võng mạc [5]-[9]. Tín hiệu tương phản ở các tế bào lưỡng cực của trẻ là tín hiệu phát triển mắt và việc giảm tín hiệu tương phản sẽ làm chậm tốc độ tăng trưởng của mắt [10]. Hiện tại, các ống kính dựa trên nguyên tắc tương phản trên thị trường chủ yếu xem xét sử dụng các cấu trúc vi mô không trong suốt để ngăn chặn sự thông qua của một số ánh sáng, để giảm độ tương phản xung quanh các ống kính. Loại phương pháp này tương đối khó khăn để đánh giá định lượng mối quan hệ giữa phòng ngừa cận thị và hiệu quả kiểm soát của ống kính và các thông số cấu trúc vi mô. Cấu trúc vi mô với độ cong tích cực và âm xen kẽ được thêm vào ống kính cảnh tượng, những thay đổi không đều hơn như sự hội tụ hoặc độ sáng của ánh sáng thông qua cấu trúc vi mô sẽ xảy ra, và hình ảnh không thể hội tụ trong phạm vi hình ảnh của con người cũng có thể đạt được. Do đó, bài viết này thiết kế một ống kính mảng cấu trúc bề mặt yên ngựa dựa trên nguyên tắc tương phản. Các microlens được sử dụng để phân tán ánh sáng tới, để làm giảm sự kích thích của ánh sáng sự cố ở ngoại vi của võng mạc, làm giảm độ tương phản của võng mạc và đạt được hiệu quả của việc ức chế sự phát triển của trục mắt.
3. Thiết kế ống kính mắt
3.1 Bố cục cấu trúc vi mô và xác định các tham số thiết kế
Để đảm bảo tính ổn định của chất lượng thị giác động và đảm bảo rằng số lượng microlenses trong đồng tử sẽ không thay đổi đáng kể với sự thay đổi vị trí của ống kính cảnh tượng, bài viết này chọn chế độ sắp xếp gần cấu trúc vi mô, đó Được sắp xếp [11]. Mảng cấu trúc vi mô được phân phối bên ngoài khu vực trống trung tâm của bề mặt phía trước của ống kính mẹ và đường kính của khu vực trống trung tâm là 6M. Đường kính xuyên tâm của microlens được chọn là 1mm. Để tạo điều kiện cho việc thảo luận về việc thiết lập một hệ tọa độ hình chữ nhật, trung tâm quang học của bề mặt phía trước của ống kính mẹ được lấy làm nguồn gốc. Hai hướng dọc theo hướng xuyên tâm của ống kính mẹ là trục x và trục y của hệ tọa độ ba chiều và trục z của hệ tọa độ ba chiều nằm dọc theo hướng trục quang. Khu vực điều khiển có đường kính khoảng 25 mm được thêm vào bề mặt phía trước của ống kính mẹ. Hình ảnh phía trước thu được của ống kính cảnh tượng được hiển thị trong hình. 1, và một lưới hình lục giác thông thường của khu vực điều khiển được hiển thị trong hình. 1. Để tạo ra trường nhìn ngoài trục tối đa bao phủ hoàn toàn một lưới hình lục giác thông thường và tạo đường kính đồng tử được chọn của mắt người trong phạm vi 2 ~ 3 mm với điều kiện chiếu sáng tương đối tốt, đường kính đồng tử của mô hình cận thị được chọn là 2,8 mm và trường hoàn toàn là 33. Ba trường nhìn được đặt thành 0, 8 và 16,5 ⁰ tương ứng và bước sóng được sử dụng trong hệ thống mắt ống kính là 550nm.
Hình 1. Hình ảnh phía trước của ống kính kính mắt.
3.2 Tính toán các thông số ống kính mẹ và xây dựng mắt mô hình cận thị
Theo các yêu cầu của công nghệ xử lý, đường kính ống kính D được đặt thành 60 mm, độ dày trung tâm của ống kính là 1,3 mm và hình dạng là ống kính hình cầu sụn, sau đó được gọi là ống kính mẹ. Chỉ số khúc xạ của ống kính nhựa được chọn là 1,56 và số Abbe là 32. Theo mức độ của cận thị - 3 d, sức mạnh tiêu cự của bề mặt phía trước của ống kính mẹ được đặt thành 2D và sức mạnh tiêu cự của bề mặt phía sau là - 5 d. Do đó, bán kính cong của bề mặt phía trước và phía sau của ống kính mẹ có thể được tính toán.
Mắt mô hình tiêu chuẩn LIOU được sử dụng làm cấu trúc ban đầu của mắt mô hình cận thị. Ống kính mẹ tương ứng với sự điều chỉnh của ametropia cận thị đã được chèn trước mắt mô hình tiêu chuẩn LIOU. Khoảng cách từ đỉnh của bề mặt sau của ống kính đến đỉnh của bề mặt trước của giác mạc là 12 mm. Đường kính đồng tử, bước sóng và trường nhìn của hệ thống được đặt theo các tham số hệ thống xác định. Độ dày thủy tinh thể của mắt mô hình tiêu chuẩn LIOU được sử dụng như một biến để tối ưu hóa mắt mô hình tương ứng với dạng cận thị.
3.3 Mô hình ống kính mắt
Để tính toán các tham số cấu trúc quang học của bề mặt yên, chiều cao vectơ đỉnh của parabola với lỗ mở xuống được đặt thành 1μm (chiều cao vectơ đỉnh của parabola được xác định là khoảng cách của nó, độ cao của vạch 10μM tương ứng (chiều cao vectơ tối đa của parabola được định nghĩa là khoảng cách tối đa giữa tất cả các điểm trên parabola và điểm giao nhau của đường thẳng bình thường và bề mặt phía trước của ống kính mẹ), và sau đó bán kính cong của hai bức thư Các tham số cấu trúc quang học của microlens yên xe được hiển thị trong Bảng 1. Vị trí của mỗi microlens có thể được tính theo các tham số cấu trúc quang và bố cục của mảng cấu trúc vi mô, cũng như các điều kiện cụ thể là bình thường của microlens chỉ vào trung tâm độ cong của bề mặt mặt trước. Các microlens được thêm vào bề mặt phía trước của ống kính mẹ trong Zemax để hoàn thành mô hình của ống kính.
Bảng 1. Chiều cao vectơ tối đa là các thông số cấu trúc quang 2μm của các kính hiển vi bề mặt yên
3.4 Mô phỏng hình ảnh
Dữ liệu của mắt mô hình cận thị được thêm vào chế độ trình tự zemax và thành phần không theo trình tự được chèn trước mắt mô hình. Ống kính mảng cấu trúc được thiết kế được đặt trong thành phần không theo trình tự để mô phỏng quang học của hệ thống mắt ống kính. Sơ đồ điểm của võng mạc người và phạm vi độ lệch 1000μm trước và sau của nó được hiển thị trong Hình.2. Vì chỉ tất cả ánh sáng của trường nhìn ra ngoài trục tối đa đi qua các microlens trong ba trường nhìn của kính mảng microlens, nên dữ liệu của bán kính của điểm khuếch tán với độ cao của vectơ tối đa trên xem được sắp xếp ra, như trong Hình.3.
Bảng 2. Bán kính điểm khuếch tán của kính vi mô bề mặt yên trong trường nhìn tối đa ngoài trục.
e. H=10μm
Hình 2. Sơ đồ cột lấy nét của hệ thống mắt ống kính tương ứng với cấu trúc vi mô của bề mặt yên.
Hình 3. Giá trị MTF trung bình theo hai hướng.
4. Thảo luận
Có thể thấy từ Hình.2 rằng ánh sáng qua mảng microlens tạo thành một điểm phân tán mờ trong phạm vi tín hiệu hình ảnh chấp nhận được của mắt người và không thể hội tụ trong phạm vi khử Focus của 1000μM trước và sau võng mạc, do đó ánh sáng thông qua cấu trúc vi mô không kích thích sự điều chỉnh của con người. Đồng thời, nó cũng có thể được quan sát qua Hình 3 rằng đường cong MTF của trường nhìn ra ngoài trục tối đa giảm nhanh, điều này cũng xác minh rằng mảng microlens sẽ làm giảm độ tương phản của hình ảnh võng mạc, do đó nhãn cầu sẽ không còn phát triển để đạt được sự tương phản tối đa. Bằng cách phân tích Bảng 2, có thể thấy rằng khi chiều cao vectơ đỉnh của microlens yên không đổi và chiều cao vectơ tối đa tăng dần, điểm phân tán trong trường nhìn ngoài trục tối đa sẽ tăng và độ tương phản tương ứng cũng sẽ giảm.
Cũng có thể được quan sát từ hình.3 rằng trong trường nhìn tối đa ngoài trục, khi tần số không gian nằm trong phạm vi 0 ~ 43lp/mm, chiều cao vectơ tối đa của microlens yên tăng dần 0. Dữ liệu MTF trung bình với chiều cao vectơ tối đa là 2,4,6,8 và 10μM được liệt kê trong Bảng 3.
Bảng 3. Dữ liệu MTF trung bình của các microlenses bề mặt yên có độ cao và tần số vectơ khác nhau.
Để thể hiện tác động của sự thay đổi chiều cao vectơ tối đa của microlens đối với độ tương phản võng mạc, hồi quy phi tuyến được thực hiện trên dữ liệu trong Bảng 3 bằng phần mềm SPSS. Trong dải tần số không gian của 0 ~ 43LP/mm, chiều cao vectơ tối đa H và tần số không gian f của microlens bề mặt yên được sử dụng làm biến độc lập và giá trị MTF trung bình theo mỗi giá trị chiều cao vectơ được sử dụng làm biến phụ thuộc để thiết lập phương trình. Kết quả phân tích hồi quy phi tuyến được thể hiện trong Bảng 4.
Bảng 4. Kết quả phân tích hồi quy phi tuyến.
Dựa trên dữ liệu trong Bảng 4, công thức thực nghiệm của chiều cao vectơ tối đa của microlens yên xe và MTF trung bình ở tần số không gian được chỉ định được thiết lập:
Theo Bảng 4 và công thức (1), có thể thấy rằng hệ số tương quan của đường cong phù hợp cho dữ liệu thực tế là 0. 939 và giá trị lớn hơn 0. 9, cho thấy hiệu ứng phù hợp của đường cong là tốt hơn. Đồng thời, từ công thức thực nghiệm (1), có thể thấy rằng khi tần số không gian trong phạm vi 0 ~ 43LP / mm được chọn, chiều cao vectơ tối đa của microlens bề mặt yên sẽ ảnh hưởng đến giá trị MTF trung bình ở tần số không gian này. Khi chiều cao vectơ tối đa lớn hơn, giá trị MTF trung bình nhỏ hơn, nghĩa là độ tương phản võng mạc thấp hơn. Có thể thấy rằng theo trường nhìn ngoài trục tối đa trong dải tần số này, chiều cao vectơ tối đa có mối tương quan âm phi tuyến với giá trị MTF trung bình ở tần số không gian nhất định, nghĩa là, theo trường quan điểm tối đa, chiều cao vectơ tối đa của microlens. Trong số đó, trong dải tần số 0 ~ 15lp/mm, MTF giảm nhanh hơn, đồng thời, MTF giảm chậm. Mối quan hệ định lượng giữa các thông số cấu trúc của microlens yên xe và giá trị MTF trung bình cung cấp một cơ sở để thiết kế kính tốt hơn dựa trên việc giảm độ tương phản để cải thiện tác dụng của phòng ngừa và kiểm soát cận thị, và có thể cung cấp các sản phẩm kiểm soát và phòng ngừa cận thị chức năng mới cho bác sĩ đo thị lực.
Để so sánh các hiệu ứng hình ảnh của các ống kính mảng cấu trúc hình cầu và hình cầu trong các điều kiện tốc độ đi qua ánh sáng tương đối gần, các ống kính mảng vi mô yên có chiều cao vectơ đỉnh của 0. Trong trường nhìn ngoài trục tối đa và tần số không gian được chỉ định (10LP / mM), chúng được so sánh với giá trị MTF trung bình của gương mẹ. Các kết quả phân tích được thể hiện trong Bảng 5. Có thể thấy rằng trong việc mô phỏng hai kính, ánh sáng không đến mặt phẳng hình ảnh và sự mất ánh sáng của kính mảng vi mô hình cầu lớn hơn; Thứ hai, so với ống kính của mẹ, MTF trung bình của hai kính giảm đáng kể và MTF trung bình của bề mặt yên xe thấp hơn bề mặt hình cầu. Điều này cho thấy trong trường hợp mất ánh sáng tương đối nhỏ, bề mặt yên tốt hơn bề mặt hình cầu trong việc giảm độ tương phản của võng mạc, có lợi hơn để ức chế sự phát triển của trục mắt.
Bảng 5. MTF và tốc độ truyền ánh sáng của hệ thống mắt.
5. Kết luận
Kính mảng cấu trúc hình yên ngựa dựa trên nguyên tắc tương phản sử dụng microlens để phân tán ánh sáng tới, do đó làm giảm sự kích thích của ánh sáng sự cố ở ngoại vi của võng mạc và làm giảm đáng kể độ tương phản của võng mạc. Đồng thời, bằng cách định lượng mối quan hệ giữa các tham số cấu trúc vi mô của bề mặt yên và tín hiệu tương phản, người ta thấy rằng trong trường nhìn ngoài trục tối đa, khi một tần số nhất định được chọn trong dải tần số không gian Mối quan hệ, đó là, trong điều kiện này, chiều cao vectơ tối đa của microlens và độ tương phản hình ảnh của võng mạc cho thấy mối quan hệ tương quan tiêu cực phi tuyến. Mối quan hệ định lượng này cung cấp một cơ sở cho việc thiết kế kiểm soát chính xác hơn sự điều chỉnh tương phản của kính phòng ngừa và kiểm soát cận thị, và có thể cung cấp cho bác sĩ nhãn khoa các sản phẩm kiểm soát và phòng ngừa cận thị mới và tốt hơn. Bằng cách so sánh với cấu trúc vi mô hình cầu trong tình trạng mất ánh sáng yếu, người ta thấy rằng cấu trúc bề mặt yên có ý nghĩa hơn trong việc làm suy yếu độ tương phản võng mạc, hữu ích hơn để làm chậm sự phát triển của cận thị.
Tài liệu tham khảo
[1] Báo cáo thị giác thế giới. Geneva: Tổ chức Y tế Thế giới. 2 0 20, Thỏa thuận cấp phép: CC BY-NC-SA 3.0 IGO. Proc. của spie vol. 13254 132541 p -6
[2] Holden BA, et al. Tỷ lệ lưu hành toàn cầu của cận thị và cận thị cao và xu hướng thời gian từ năm 2000 đến 2050 [J]. Nhãn khoa, 2016, 123 (5): 1036-1042.
[3] Morgan IG, Matsui KO và đã thấy Sm. Cận thị [j]. Lancet, 2012, 379 (9827): 1739-1748.
[4] Walline JJ, et al. Can thiệp để chậm tiến triển của cận thị ở trẻ em [J]. Cơ sở dữ liệu Cochrane Syst Rev, 2011 (12): CD004916.
[5] Feng Jiaojiao, Bài hát Jike, Bi Hongsheng. Tiến trình nghiên cứu về cơ chế điều hòa võng mạc của bệnh thiếu hụt hình thức [J]. Tiến bộ gần đây trong nhãn khoa, 2023, 43 (09): 736-741.
[6] Brown DM, Mazade R, Clarkson-Townsend D, et al. Các con đường ứng cử viên cho võng mạc đến tín hiệu xơ cứng trong sự phát triển của mắt khúc xạ [J]. EXP Eye Res, 2022, 219: 109071.
[7] Logan NS, Radhakrishnan H, Cruickshank FE, et al. Chỗ ở IMI và tầm nhìn hai mắt trong phát triển và tiến triển cận thị [J]. Đầu tư Ophthalmol Vis Sci. 2021; 62 (5): 4.
[8] Chakraborty R, Ostrin LA, Benavente-Perez A, et al. Các cơ chế quang học điều chỉnh các rrors ERR và độ khúc xạ: Bằng chứng từ các mô hình động vật [J]. Clin Exp Optom, 2020, 103 (1): 55-67.
. Nhãn khoa điều tra & Khoa học thị giác, 2011, 52 (9): 6428-6434.
[10] Neitz M, Wagner-Schuman M, Rowlan JS, et al. Cái nhìn sâu sắc từ các haplotypes gen opnilw vào nguyên nhân và phòng ngừa cận thị [J]. Gen (Basel), 2022, 13 (6): 942.
[11] Zeng Chunmei, Hou Jialing, Yu Haomo, et al. Một ống kính kính mắt cấu trúc vi mô và phương pháp thiết kế của nó [P]. ZL202311219214.3.
.