Jialing Houa,b, Chunmei Zeng*a,b, Haomo yuc aEscola de Ciències i Enginyeria Optoelectrònica, Universitat de Soochow, Suzhou 215006, Xina;bLaboratori clau de les tecnologies de fabricació òptica avançada de la província de Jiangsu i el laboratori clau de les tecnologies òptiques modernes del Ministeri de la Xina de la Xina, Soochow University, Suzhou 215006, Xina;
cSuzhou Mason Optical Co., Ltd., Suzhou 215007, Xina * Autor corresponent: Chunmei _ zeng@suda.edu.cn
Abstracte
Per tal de jutjar de manera més intuïtiva la relació entre la prevenció de la miopia i l'efecte de control de les ulleres de prevenció i control de la miopia i els paràmetres de microestructura de les ulleres, aquest treball dissenya una superfície de sella de microstructura de vidres basats en el principi de contrast i utilitza la relació entre el valor MTF i els paràmetres de microstructura per establir un model quantitatiu. Els resultats del disseny mostren que dins del rang de senyal d’imatge acceptable de l’ull humà, la lent de la matriu de microstructura de la superfície de la sella pot fer que la llum passi per la microestructura incapaç de convergir i imatge, que redueix molt el contrast d’imatge de la retina. Quan es selecciona una certa freqüència espacial en el rang de {{0}} ~ 43LP/mm, l'alçada màxima vectorial dels microlens es troba en el rang de 0 ~ 10μm, i l'alçada del vector màxim dels microlens i el valor MTF sota el màxim camp de la vista de la vista mostra una correlació negativa no lineal. Per tant, s’estableix la fórmula empírica de l’alçada vectorial màxim i el valor MTF dels microlens de la lent d’espectacles i es completa l’anàlisi quantitativa dels paràmetres de microestructura i el senyal de contrast de la lent de l’espectacle. Aquest treball ajuda al dissenyador de les lents a controlar el control de contrast de la prevenció i el control de la miopia amb més precisió a través dels paràmetres de la microestructura. Al mateix temps, mitjançant l’anàlisi, es troba que en el cas d’una pèrdua de llum relativament petita, en comparació amb la microestructura esfèrica, la microestructura de la superfície de la sella té un millor efecte en la reducció del contrast, que és més útil per reduir la qualitat visual i alentir el desenvolupament de la miopia.
Paraules clau: ulleres de marc, prevenció i control de la miopia, matriu microestructurada, relació de contrast
1. Introducció
Segons l’informe de la visió mundial publicat per l’Organització Mundial de la Salut, prop de 2.600 milions de 7.000 milions de persones del món han desenvolupat miopia com a malaltia ocular funcional el 2020 [1]. Es calcula que cap al 2050, prop de 5.000 milions de persones a tot el món desenvoluparan miopia [2]-[3]. Actualment, hi ha principalment mesures de prevenció i control de la miopia com ara activitats a l’aire lliure, tractament de fàrmacs i intervenció òptica [4]. En comparació amb la dificultat de les activitats a l’aire lliure, el risc de tractament amb drogues i el preu car de les lents de contacte de la còrnia, que porten les ulleres de prevenció de miopia i control com a intervenció òptica que pot corregir la miopia i inhibir el desenvolupament de la miopia alhora té les característiques de seguretat, comoditat, comoditat i economia. Per tant, per als pacients amb miopia en aquesta fase, la majoria dels pacients i les seves famílies han de portar la prevenció de la miopia i el marc de control. Actualment, les lents microestructurades que s’utilitzen per retardar l’aprofundiment de la miopia en adolescents es poden aparèixer en lents basades en el principi de defocus miop o lents basades en el principi d’aberracions d’ordre superior. La lent basada en el principi de defocació miope debilitarà gradualment l’efecte d’ajustament amb l’extensió del temps de desgast. La lent basada en el principi d’aberracions d’ordre superior té certa indirecció a l’hora d’avaluar l’efecte de la prevenció i el control de la miopia. És difícil quantificar directament la relació entre els indicadors d’aberracions d’ordre superior i els paràmetres de microestructura de la lent amb l’acumulació de dades actual. Tot i això, hi ha poques ulleres de prevenció i control de la miopia dissenyades en funció del principi de contrast. Per tant, cal utilitzar diferents dissenys per reduir més completament el senyal de contrast per intervenir en el desenvolupament de la miopia. Al mateix temps, es quantifica l’efecte de prevenció i control de la miopia de les ulleres per obtenir el senyal de control de la miopia que coincideix amb els pacients amb miopia amb més precisió i ràpida.
2. Principi de contrast
Durant el procés de visualització d'objectes, l'ull sempre intenta centrar -se en la retina per aconseguir el màxim contrast. Tanmateix, el punt focal de la llum incident al voltant de la retina de l’ull normal o l’ull de miopia que porta ulleres de miopia convencionals es troba al darrere de la retina. Per tant, per obtenir el màxim contrast, els ulls faran que la retina intentarà apropar -se al punt focal de la llum incident, donant lloc a l’augment de la longitud axial, cosa que comporta el desenvolupament gradual de la miopia o l’aprofundiment de la miopia. Els experiments sobre el desenvolupament de la miopia han demostrat que l’ocurrència i el desenvolupament de la miopia es desencadenen per senyals de difusió de la retina [5]-[9]. El senyal de contrast a les cèl·lules bipolars dels nens és un senyal de creixement ocular i la reducció del senyal de contrast alentirà la taxa de creixement dels ulls [10]. Actualment, les lents basades en el principi de contrast del mercat consideren principalment utilitzar microestructures no transparents per bloquejar el pas d’alguna llum, per tal de reduir el contrast al voltant de les lents. Aquest tipus de mètode és relativament difícil d’avaluar quantitativament la relació entre la prevenció de la miopia i l’efecte de control de les lents i els paràmetres de la microestructura. Si s’afegeix la microestructura amb una curvatura positiva i negativa alternativa, es produirà canvis més irregulars com la convergència o la pergència de la llum a través de la microestructura, i la imatge no es pot convergir dins del rang de senyal d’imatge acceptable de l’ull humà, de manera que per reduir el contrast de la imatge de la retina aconseguit. Per tant, aquest treball dissenya una lent de microestructura de superfície de sella basada en el principi de contrast. Els microlens s’utilitzen per escampar la llum incident, per tal de reduir l’estimulació de la llum incident a la perifèria de la retina, reduir el contrast de la retina i aconseguir l’efecte d’inhibir el creixement de l’eix dels ulls.
3. Disseny de les lents d’ulleres
3.1 Disposició de la microestructura i determinació dels paràmetres de disseny
Per tal d’assegurar l’estabilitat de la qualitat visual dinàmica i assegurar -se que el nombre de microlenses de l’alumne no canviarà gaire amb el canvi de la posició de la lent de l’espectacle, aquest article tria el mode de matriu de la disposició de microstructura, és a dir, l’àrea de microstructura s’aconsegueix per un splicing proper del hexàgon regular i, a continuació La matriu de microstructura es distribueix fora de la zona en blanc central de la superfície frontal de la lent mare i el diàmetre de la zona en blanc central és de 6 mm. El diàmetre radial dels microlens està seleccionat per ser 1 mm. Per tal de facilitar la discussió de l'establiment d'un sistema de coordenades rectangulars, el centre òptic de la superfície frontal de la lent mare es pren com a origen. Les dues direccions al llarg de la direcció radial de la lent mare són l’eix X i l’eix Y del sistema de coordenades tridimensionals, i l’eix Z del sistema de coordenades tridimensionals es troba al llarg de la direcció de l’eix òptic. La superfície de control amb un diàmetre d’uns 25 mm s’afegeix a la superfície frontal de la lent mare. A la figura es mostra la vista frontal obtinguda de la lent de l'espectacle. 1, i a la figura es mostra una xarxa hexàgon regular de la zona de control. 1. Per tal de fer que el màxim camp de vista fora de l’eix cobreixi completament una xarxa hexagonal regular i fer que el diàmetre de l’alumne seleccionat de l’ull humà en un rang de 2 ~ 3mm amb condicions d’il·luminació relativament bones, el diàmetre de l’alumne del model miop es selecciona com a 2,8 mm i el camp complet de vista és de 33 ⁰. Els tres camps de vista s’estableixen en 0 ⁰, 8 ⁰ i 16,5 ⁰ respectivament, i la longitud d’ona que s’utilitza en el sistema d’ulls lents és de 550 nm.
Figura 1. Vista frontal de les lents de les ulleres.
3.2 Càlcul dels paràmetres de la lent mare i la construcció dels ulls del model de miopia
Segons els requisits de la tecnologia de processament, el diàmetre de la lent D es fixa en 60 mm, el gruix central de la lent és de 1,3 mm, i la forma és una lent esfèrica menisc, que després s’anomena lent mare. L’índex de refracció de la lent de resina seleccionada és de 1,56 i el nombre ABBE és de 32. Segons el grau de miopia - 3 d, la potència focal de la superfície frontal de la lent mare s’estableix en 2D, i la potència focal de la superfície posterior és - 5 d. Així, es pot calcular el radi de curvatura de les superfícies frontals i posteriors de la lent mare.
L’ull de model estàndard LiOU es va utilitzar com a estructura inicial del model miopic. La lent mare corresponent a la correcció de l'ametropia miop es va inserir davant de l'ull del model estàndard LiOU. La distància des de l’àpex de la superfície posterior de la lent fins a l’àpex de la superfície anterior de la còrnia era de 12 mm. El diàmetre de l’alumne, la longitud d’ona i el camp de vista del sistema es van establir segons els paràmetres determinats del sistema. El gruix vitri de l’ull del model estàndard LiOU es va utilitzar com a variable per optimitzar l’ull del model corresponent a la forma miopica.
3.3 Modelització de lents de ulleres
In order to calculate the optical structure parameters of the saddle surface, the vertex vector height of the parabola with downward opening is set to 1μm ( the vertex vector height of the parabola is defined as the distance between its vertex and the intersection point of the vertex normal line and the front surface of the mother lens ), and the maximum vector height of the parabola with upward opening is 2, 4, 6, 8, 10μm respectivament (l’alçada vectorial màxima de la parabola es defineix com la distància màxima entre tots els punts de la paràbola i el punt d’intersecció de la línia normal del vèrtex i la superfície frontal de la lent mare), i després el radi de curvatura de les dues parabolas es calcula combinant el radi de curvatura de la superfície frontal de la lent mare i el diàmetre radial de les microlens. Els paràmetres de l'estructura òptica dels microlens de la sella es mostren a la taula 1. La posició de cada microlens es pot calcular segons els paràmetres de l'estructura òptica i la disposició de la matriu de microestructura, així com les condicions específiques que el vèrtex normal dels microlens apunta al centre de curvatura de la superfície frontal de la lent mare. Els microlens s’afegeixen a la superfície frontal de la lent mare a Zemax per completar el modelat de la lent.
Taula 1. L’alçada màxima vectorial és de 2 μm paràmetres estructurals òptics dels microlenses superficials de la sella
3.4 Simulació d'imatges
Les dades de l’ull del model miopic s’afegeixen al mode de seqüència ZEMAX i el component no seqüència s’insereix davant de l’ull del model. La lent de matriu de microestructura dissenyada es col·loca al component no de seqüència per a la simulació òptica del sistema d’ulls lents. El diagrama de punts de la retina humana i el seu rang defocus de 1000 μm frontal i posterior es mostra a la figura.2. Com que només tota la llum del camp de vista màxim fora de l’eix passa pels microlens en els tres camps de vista de les ulleres de matriu de microlens, les dades del radi del punt difús amb les cinc altures vectorials màximes anteriors al camp de la vista s’extreuen i es resumeixen a la taula 2 S'ha ordenat, tal com es mostra a la figura.3.
Taula 2. Radi de punt difús de les ulleres de microestructura de superfície de la sella sota el màxim camp de vista fora de l’eix.
e. H=10μm
Figura 2. Diagrama de columna Focus Focus del sistema d’ulls de la lent corresponent a la microestructura de la superfície de la sella.
Figura 3. Valors mitjans de MTF en dues direccions.
4. Discutiu
Es pot veure a la figura.2 que la llum a través de la matriu de microlens forma una taca de dispersió borrosa en el rang de senyal d’imatge acceptable de l’ull humà i no pot convergir en el rang de defocus de 1000μm abans i després de la retina, de manera que la llum a través de la microestructura no estimula l’ajust dels ulls humans o la funció adaptativa en la forma del senyal de defocus, de manera que redueix el contrast de la retenció. Al mateix temps, també es pot observar a través de la figura 3 que la corba MTF del màxim camp de vista fora de l’eix disminueix ràpidament, cosa que també verifica que la matriu de microlens reduirà el contrast de la imatge de la retina, de manera que el globus ocular ja no creixi per obtenir el màxim contrast i aconseguirà l’efecte d’inhibir el creixement de l’eix dels ulls. Analitzant la taula 2, es pot veure que quan l’alçada vectorial vèrtex dels microlens de la sella és constant i l’alçada màxima del vector augmenta gradualment, el punt de dispersió al camp de vista màxim fora de l’eix augmentarà i el contrast corresponent també disminuirà.
També es pot observar a la figura.3 que en el màxim camp de vista fora de l’eix, quan la freqüència espacial es troba en el rang de 0 ~ 43lp/mm, l’alçada vectorial màxima dels microlens de la cadira augmenta gradualment 0. 0 5, que encara es troba a la zona que l'ull humà pot distingir i detectar [12]. Per tant, la freqüència espacial és 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 43lp/mm en el rang de freqüència espatial de 0 ~ 43lp/mm. Les dades mitjanes de MTF amb l’alçada màxima vectorial de 2,4,6,8 i 10 μm es mostren a la taula 3.
Taula 3. Dades mitjanes MTF de microlenses de superfície de sella amb altures i freqüències vectorials diferents.
Per representar l’impacte de la variació d’alçada vectorial màxima dels microlens en el contrast de la retina, es va realitzar una regressió no lineal múltiple a les dades de la taula 3 mitjançant el programari SPSS. En el rang de freqüència espacial de 0 ~ 43LP/mm, l'alçada vectorial màxima H i la freqüència espacial F de la superfície de la sella s'utilitzen com a variables independents i el valor mitjà MTF sota cada valor d'altura del vector s'utilitza com a variable dependent per establir l'equació. Els resultats de l’anàlisi de regressió no lineal múltiple es mostren a la taula 4.
Taula 4. Resultats de l’anàlisi de regressió no lineal múltiple.
A partir de les dades de la taula 4, s’estableix la fórmula empírica de l’alçada vectorial màxima dels microlens de la sella i la MTF mitjana a la freqüència espacial especificada:
Segons la taula 4 i la fórmula (1), es pot veure que el coeficient de correlació de la corba d’ajust de les dades reals és 0. 939, i el valor és superior a 0. Al mateix temps, a partir de la fórmula empírica (1), es pot veure que quan es selecciona una freqüència espacial en el rang de 0 ~ 43LP / mm, l'alçada màxima vectorial de la superfície de la sella microlens afectarà el valor mitjà de MTF en aquesta freqüència espacial. Quan l'alçada màxima vectorial és més gran, el valor mitjà de MTF és menor, és a dir, el contrast de la retina és menor. Es pot veure que, sota el màxim camp de vista fora de l’eix en aquest rang de freqüència, l’alçada màxima vectorial té una correlació negativa no lineal amb el valor mitjà de MTF a una certa freqüència espacial, és a dir, sota el camp de vista màxim de l’eix, l’alçada màxima vectorial dels microlens té una correlació negativa no lineal amb el contrast de la retina. Entre ells, en el rang de freqüència de 0 ~ 15lp/mm, mtf disminueix més ràpidament i, alhora, MTF disminueix lentament. La relació quantitativa entre els paràmetres estructurals dels microlens de la sella i el valor mitjà MTF proporciona una base per a un millor disseny de ulleres basada en la reducció de contrast per millorar l’efecte de la prevenció i el control de la miopia i pot proporcionar nous productes funcionals de prevenció i control de la miopia per als optometristes.
Per tal de comparar els efectes d’imatge de la sella i les lents de matriu de microestructura esfèrica en condicions de velocitat de pas relativament properes, i una alçada de microstructura de sella amb una alçada vèrtex de vèrtex de 0. Sota el camp de vista màxim fora de l’eix i la freqüència espacial especificada (10lp / mm), es comparen amb el valor mitjà MTF del mirall mare. Els resultats de l’anàlisi es mostren a la taula 5. Es pot trobar que a la simulació de les dues ulleres, la llum no arriba al pla de la imatge i la pèrdua de llum dels vidres de la matriu de microestructura esfèrica és més gran; En segon lloc, en comparació amb la lent mare, la MTF mitjana dels dos gots es redueix significativament i la MTF mitjana de la superfície de la sella és inferior a la de la superfície esfèrica. Això demostra que en el cas d’una pèrdua de llum relativament petita, la superfície de la sella és millor que la superfície esfèrica en reduir el contrast de la retina, que és més propici per inhibir el creixement de l’eix dels ulls.
Taula 5. MTF i velocitat de pas de llum del sistema d’ulls de lents.
5. Conclusió
Les ulleres de matriu de microestructura en forma de sella basades en els principis de contrast utilitzen microlens per escampar la llum incident, reduint així l'estimulació de la llum incident a la perifèria de la retina i reduint molt el contrast de la retina. Al mateix temps, quantificant la relació entre els paràmetres de microestructura de la superfície de la sella i el senyal de contrast, es troba que sota el màxim camp de vista fora de l’eix, quan una certa freqüència es selecciona en el rang de freqüència espacial de 0 ~ 43LP/mm, la màxima alçada del vector és, sota aquesta condició, l’alçada màxima vectorial dels microlens i el contrast d’imatge de la retina mostren una relació de correlació negativa no lineal. Aquesta relació quantitativa proporciona una base per al disseny d’un control més precís de la regulació de contrast de les ulleres de prevenció i control de la miopia, i és possible proporcionar als optometristes amb productes de prevenció i control de miopia nous i millors. Si es compara amb la microestructura esfèrica amb la condició de baixa pèrdua de llum, es troba que la microestructura de la superfície de la sella és més significativa per debilitar el contrast de la retina, cosa que és més útil per alentir el desenvolupament de la miopia.
Referències
[1] Informe visual mundial. Ginebra: Organització Mundial de la Salut. 2 0 20, Acord de llicència: CC BY-NC-SA 3.0 IGO. Proc. de Spie Vol. 13254 132541 p -6
[2] Holden BA, et al. Prevalença global de la miopia i la miopia alta i les tendències temporals del 2000 al 2050 [J]. Ophthalmology, 2016, 123 (5): 1036-1042.
[3] Morgan IG, Matsui KO, i va veure SM. Myopia [J]. Lancet, 2012, 379 (9827): 1739-1748.
[4] Walline JJ, et al. Intervencions per frenar la progressió de la miopia en nens [J]. Cochrane Database Syst Rev, 2011 (12): CD004916.
[5] Feng Jiaojiao, Song Jike, Bi Hongsheng. Progrés de la investigació sobre el mecanisme de regulació de la retina de la miopia de privació de formularis [J]. Avanç recent en Ophthalmology, 2023, 43 (09): 736-741.
[6] Brown DM, Mazade R, Clarkson-Townsend D, et al. Les vies candidats a la retina a la senyalització escleral en el creixement dels ulls refractius [J]. Exp Eye Res, 2022, 219: 109071.
[7] Logan NS, Radhakrishnan H, Cruickshank FE, et al. Allotjament IMI i visió binocular en el desenvolupament i la progressió de la miopia [J]. Inverteix Ophthalmol Vis Sci. 2021; 62 (5): 4.
[8] Chakraborty R, Ostrin LA, Benavente-Pérez A, et al. Mecanismes òptics que regulen l’emetropació i els errors de refracció: evidència dels models animals [J]. Clin Exp Optom, 2020, 103 (1): 55-67.
[9] Huang J, Hung LF, Smith E L. Efectes de l'ablació foveal sobre el patró d'errors de refracció perifèrica en micos rhesus infantils normals i privats de forma (macaca mulatta) [j]. Oftalmologia investigadora i ciències visuals, 2011, 52 (9): 6428-6434.
[10] Neitz M, Wagner-Schuman M, Rowlan JS, et al. Informació dels haplotips del gen Opnilw a la causa i la prevenció de la miopia [J]. Gens (Basilea), 2022, 13 (6): 942.
[11] Zeng Chunmei, Hou Jialing, Yu Haomo, et al. Una lent d'ullera de microestructura i el seu mètode de disseny [P]. ZL202311219214.3.
[12] Zhang Yimo Òptica Aplicada [M] Electrònica Indústria Premsa, 2015: 579-581.