노안환자를 위한 백내장 수술, 노안교정을 위한 각막절제술, 노안교정용 콘택트렌즈 및 안경착용과 같은 다양한 조건하에서 정확하게 시력과 상질을 형상화하는 정밀 노안 모형안이 필요하다. 노안에 대해 최근에 발표된 임상 자료들을 이용하여 광학적, 해부학적으로 실안에 근접하며, 노안을 위한 새로운 정밀 모형안을 설계하였다. 연령의 증가에 따라 달라지는 안 매개변수들을 각각 4개의 연령대별로 다르게 적용하였다. 새 모형안에는 알파각, 편심동공, 비구면 GRIN 수정체 및 비구면 망막 면을 적용하였다. 본 연구에서 제시된 모형안들은 노안을 위한 저시력 보정용구, 누진가입도렌즈, 인공수정체 그리고 콘택트렌즈와 같은 시기광학계의 설계는 물론 임상적으로 망막 상의 질을 평가하는데 유용하게 적용될 수 있을 것이다.
노안환자를 위한 백내장 수술, 노안교정을 위한 각막절제술, 노안교정용 콘택트렌즈 및 안경착용과 같은 다양한 조건하에서 정확하게 시력과 상질을 형상화하는 정밀 노안 모형안이 필요하다. 노안에 대해 최근에 발표된 임상 자료들을 이용하여 광학적, 해부학적으로 실안에 근접하며, 노안을 위한 새로운 정밀 모형안을 설계하였다. 연령의 증가에 따라 달라지는 안 매개변수들을 각각 4개의 연령대별로 다르게 적용하였다. 새 모형안에는 알파각, 편심동공, 비구면 GRIN 수정체 및 비구면 망막 면을 적용하였다. 본 연구에서 제시된 모형안들은 노안을 위한 저시력 보정용구, 누진가입도렌즈, 인공수정체 그리고 콘택트렌즈와 같은 시기광학계의 설계는 물론 임상적으로 망막 상의 질을 평가하는데 유용하게 적용될 수 있을 것이다.
There is a need for a finite schematic presbyopic eye that models vision and image quality under various conditions such as cataract or refractive surgery, as well as near vision corrections with an ophthalmic lens or contact lens. Using recently measured biometric data of presbyopic eyes, new model...
There is a need for a finite schematic presbyopic eye that models vision and image quality under various conditions such as cataract or refractive surgery, as well as near vision corrections with an ophthalmic lens or contact lens. Using recently measured biometric data of presbyopic eyes, new model eyes were designed that are optically and anatomically close to real eyes. The parameters changing significantly with age were incorporated into models for four different age groups. The new model eyes have alpha angle, decentered pupil, aspheric GRIN lens and aspheric retinal surface. It is likely that the new finite presbyopic model eyes will be useful for designing visual instruments such as low vision aids, PALs, IOL and contact lenses, and for the clinical prediction of the retinal image quality of a presbyopic patient.
There is a need for a finite schematic presbyopic eye that models vision and image quality under various conditions such as cataract or refractive surgery, as well as near vision corrections with an ophthalmic lens or contact lens. Using recently measured biometric data of presbyopic eyes, new model eyes were designed that are optically and anatomically close to real eyes. The parameters changing significantly with age were incorporated into models for four different age groups. The new model eyes have alpha angle, decentered pupil, aspheric GRIN lens and aspheric retinal surface. It is likely that the new finite presbyopic model eyes will be useful for designing visual instruments such as low vision aids, PALs, IOL and contact lenses, and for the clinical prediction of the retinal image quality of a presbyopic patient.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
모형안은 이러한 노안에 대한 광학적 교정방법에 있어서 다양한 시기능 예측이 가능하므로 임상에서 매우 유용할 수 있다. 본 논문은 연령의 증가에 따른 다양한 안 매개변수들의 변화를 살펴보고, 최신의 노안에 대한 해부학적 내용들을 포함하여 광학적으로 실안에 매우 근접한 표준적인 노안 모형안을 구현하고자 한다.
예외적으로 Liou & Brennan 정밀모형안[1]은 45세 근처의 변수 값들을 포함하고 있으며, Smith 등[20]과 Smith & Pierscionek[24] 등이 연령에 따른 모형안을 발표하였다. 본 연구는 노안 안구의 생체학적 임상자료를 최대한 유지하기 위해 기존의 최적화 방법인 실안에 대한 단색광 수차와 색수차를 최적화의 조건 값으로 하지 않았기 때문에 SMTF에 의한 시각성능이 좀 더 좋은 값을 나타내고 있다.
수차경(aberroscope) 검사법을 이용하여 Calver 등[22]은 특정 동공 크기에 있어서 젊은 집단에서 보다 노인 집단에서 MTF 값이 더 낮음을 발견하였지만 노인성 축동은 노인들의 눈을 자연스런 동공 크기에서 좀 더 낮은 수차를 가지도록 하는 것으로 밝혀졌다. 본 연구에서는 이러한 연령에 따른 동공크기의 변화를 고려하였다. 수차의 발생량에는 각막과 수정체에 의한 영향 이외에 동공의 직경이 큰 영향을 미친다는 것을 확인할 수 있다.
가설 설정
336을 사용하였다. 눈의 색수차량을 예측하기 위해, 안구매질을 물과 비슷한 분산특성을 가지는 것으로 가정하였다.
제안 방법
모든 광학적 계산은 ZEMAX-EE(ZEMAX Corporation, San Diego, version June 24 2008) 소프트웨어를 이용하여 진행하였다. 40-70대의 각 연령대를 대표하는 45, 55, 65, 75세의 4가지 모형안의 설계 조건으로는 각막 전후면의 곡률반경과 비구면도, 전방깊이, 초자체 길이, 안축장, 망막 비구면도 등을 고정값으로 하였다(표 1). 수차분석과 상질 평가를 위한 동공의 크기는 각 연령대별 대표모형안에 대하여 명소시의 동공크기 값 중 고 휘도(4400 cd/m2)에서의 동공 크기를 각각 적용하였다.
MTF 계산을 위해, 알파(alpha)각을 광축으로부터 비측(nodal)으로 5°의 각에서 입사동의 중심으로 향하는 광선속을 사용하여 적용하였다.
26을 이용하였다.[2] 망막의 스타일스-크로포드(Stiles-Crawford) 효과를 구현하기 위해 동공에서 가우스 함수의 형태로 광선속을 제어하였다.[9] 스타일스-크로포드 효과 함수는 식 (26)과 같다.
대신 평균 각막전면 곡률반경 값인 7.79±0.24 mm와 각막후면의 평균 곡률반경 값인 6.50±0.25 mm를 새 모형안에 적용하였다.
다른 매개변수들의 측정 자료는 기존의 A-scan 측정결과들을 이용하였다. 모형안 설계를 위해 분석한 자료는 최근 David A. Atchison 등[2]에 의해 발표된 정시안의 광학적, 생체학적 특성에 대한 연령의 증가에 따른 변화에 대한 연구, M. Dubbelman 등[3]에 의한 노안의 매개변수 변화에 관한 연구결과와 David A. Atchison[4]의 근시안에 대한 광학적 모형에 대한 연구 자료들을 바탕으로 하였다. 위의 측정 자료들과 기존의 고정된 값으로 결정된 측정값들을 바탕으로 하여 노안 연령에 해당하는 40대에서 70대까지의 해부생체학적 그리고 광학적 자료를 대표할 수 있는 연령대별 정시 노안을 모형화 하였다.
본 연구에서는 최근 발표된 Scheimpflug 카메라에 의한 정밀한 노안의 임상자료를 바탕으로 표준적인 정시 노안을 대표하는 모형안을 각 연령대별로 설계하였다. 의학의 발달로 노인인구의 증가와 더불어 노안에 대한 다양한 의광학적 처치 방법들에 대한 다양한 연구들이 진행되어왔는데, 시력보정용구를 포함하는 시시광학계의 설계는 물론, 특히 안과학분야에 있어서 노안라식과 같은 적극적 노안교정 수술과 다중초점 안내렌즈 삽입수술 등의 경우 진단과 처방에 있어서 환자의 시기능 예측이 매우 중요하다.
40-70대의 각 연령대를 대표하는 45, 55, 65, 75세의 4가지 모형안의 설계 조건으로는 각막 전후면의 곡률반경과 비구면도, 전방깊이, 초자체 길이, 안축장, 망막 비구면도 등을 고정값으로 하였다(표 1). 수차분석과 상질 평가를 위한 동공의 크기는 각 연령대별 대표모형안에 대하여 명소시의 동공크기 값 중 고 휘도(4400 cd/m2)에서의 동공 크기를 각각 적용하였다. 파장은 470, 510, 555, 610 및 650 nm의 명소시 파장에 대하여 시감도 곡선에 따라 중심파장을 555 nm로 하고, 각기 다른 0.
샤임플러그 카메라는 세극등 현미경(slit lamp)과 연동하여 전안부에 대한 보다 객관적이고 정확한 생체 측정이 가능하다. 안구의 전체 굴절력과 전체 수차의 거의 대부분을 차지하는 전안부의 측정 자료는 상대적으로 후안부의 자료보다 더 중요하므로, 본 연구에서는 전안부에 대한 자료들은 가급적 기존 논문들 중 샤임플러그 측정법에 의한 자료를 우선하여 적용하였다. 다른 매개변수들의 측정 자료는 기존의 A-scan 측정결과들을 이용하였다.
Atchison[4]의 근시안에 대한 광학적 모형에 대한 연구 자료들을 바탕으로 하였다. 위의 측정 자료들과 기존의 고정된 값으로 결정된 측정값들을 바탕으로 하여 노안 연령에 해당하는 40대에서 70대까지의 해부생체학적 그리고 광학적 자료를 대표할 수 있는 연령대별 정시 노안을 모형화 하였다.
정밀한 눈의 생체 측정과 광범위하고 복잡한 광학적 계산을 신속하게 처리할 수 있는 계산능력에 있어서 최근의 기술적 진보는 눈의 광학적 성능을 정확하게 형상화하는 것이 가능하도록 하였다. 종초점이동(defocus), 대비(contrast) 그리고 동공 크기에 따른 눈의 광학적 상질의 예측은 모형안으로부터 MTF 등의 계산을 통해 예측가능하다. 그러나 이런 계산을 위한 적절한 모형안의 선택은 실안의 해부학적, 광학적 특성들과의 근접한 유사성에 달려 있다.
수차분석과 상질 평가를 위한 동공의 크기는 각 연령대별 대표모형안에 대하여 명소시의 동공크기 값 중 고 휘도(4400 cd/m2)에서의 동공 크기를 각각 적용하였다. 파장은 470, 510, 555, 610 및 650 nm의 명소시 파장에 대하여 시감도 곡선에 따라 중심파장을 555 nm로 하고, 각기 다른 0.091, 0.503, 1, 0.053, 0.107의 가중치(weights)를 적용하여 최적화 하였다.
데이터처리
설계된 노안 모형안과 Liou & Brennan 모형안의 SMTF와 회절 이미지 분석 비교.
이론/모형
Atchison 등[2]은 망막의 형상을 회전비대칭의 타원면으로 설명하고 망막의 곡률 반경에 대한 회귀식을 제시하였으나, 연령의 증가에 따른 망막 곡률반경의 유의한 변화에 대한 자료를 찾을 수 없어, 본 논문에서는 이를 적용하지 않고, Navarro 모형안[8]에 적용된 -12.00 mm의 망막곡률 반경을 이용하였으며, 망막의 비구면도는 Kooijman이 -14.1 mm 망막곡률반경에 대해 0.346의 값을 제시하였으나, 본 연구에서는 Atchison 등[4]이 발표한 망막 비구면도의 평균값인 0.26을 이용하였다.[2] 망막의 스타일스-크로포드(Stiles-Crawford) 효과를 구현하기 위해 동공에서 가우스 함수의 형태로 광선속을 제어하였다.
Liou & Brennan[1]과 일치하는 다음 식과 같은 굴절률을 표현하는 포물 방정식을 사용하였다.
은 결정계수, t는 검정통계량, p는 유의확률이다. 각막의 중심두께는 초음파측정법과 Scheimpflug 측정법 사이에 차이를 나타내며, 새 모형안에는 Scheimpflug의 값을 적용하였다. 연령에 따른 유의한 변화는 없으며, 평균 각막의 두께는 0.
모든 광학적 계산은 ZEMAX-EE(ZEMAX Corporation, San Diego, version June 24 2008) 소프트웨어를 이용하여 진행하였다. 40-70대의 각 연령대를 대표하는 45, 55, 65, 75세의 4가지 모형안의 설계 조건으로는 각막 전후면의 곡률반경과 비구면도, 전방깊이, 초자체 길이, 안축장, 망막 비구면도 등을 고정값으로 하였다(표 1).
12mm-2을 동일하게 적용하였다. 방수(aqueous humor)와 초자체(vitreous humor)의 굴절률은 Navarro[8] 모형안의 값 nv =1.336을 사용하였다. 눈의 색수차량을 예측하기 위해, 안구매질을 물과 비슷한 분산특성을 가지는 것으로 가정하였다.
85 mm이다. 수정체 전면과 후면에 대한 각각의 비구면도는 Dubbelman 등[3]이 제시한 회귀식인 식 (7), (8)을 이용하였다.
025 mm 이고 100 cycles/mm를 가진다. 시각성능을 예측하기 위해 사각파(square-wave) MTF를 사용하였으며,[13] 사각파 변조전달함수는 식 (28)과 같이 표현된다.
성능/효과
본 연구에서는 이러한 연령에 따른 동공크기의 변화를 고려하였다. 수차의 발생량에는 각막과 수정체에 의한 영향 이외에 동공의 직경이 큰 영향을 미친다는 것을 확인할 수 있다. 절대 값이 증가하는 수차들에 대한 다양한 연구결과들이 발표되었는데 특히 구면수차의 경우 좀 더 플러스 값으로 증가하는 것으로 밝혀졌다.
Koretz 등[17]은 연간 13 μm의 길이로 축상 두께가 증가하는 것을 발견하였고, 전방깊이는 일생동안 렌즈의 축상 두께가 증가하는 비율과 거의 같은 비율로서 감소한다고 하였다. 정적굴절상태의 수정체 면의 곡률반경은 감소하며 특히 수정체전면의 감소량이 더 크며, 광학적 활성(optically active)범위에 국한된 측정값으로 본 수정체 전면과 후면의 평균 비구면도는 각각 -5와 -4로 매우 높은 값을 나타내며 연령에 따른 유의한 변화는 없다.[3] Brown[18]은 연령이 증가함에 따라 정시이며 비조절상태의 눈에서 수정체의 전낭 중심부의 곡률 반경에 선형적인 감소가 있음을 발견하였는데, 그 변화량은 8세에 16.
후속연구
의학의 발달로 노인인구의 증가와 더불어 노안에 대한 다양한 의광학적 처치 방법들에 대한 다양한 연구들이 진행되어왔는데, 시력보정용구를 포함하는 시시광학계의 설계는 물론, 특히 안과학분야에 있어서 노안라식과 같은 적극적 노안교정 수술과 다중초점 안내렌즈 삽입수술 등의 경우 진단과 처방에 있어서 환자의 시기능 예측이 매우 중요하다. 그러므로 실안에 가까운 생체학적 매개변수들을 포함하는 정밀 노안 모형안들은 이러한 목적을 위한 망막상의 질과 시각 기능에 대한 예측이 가능하므로 시기광학계 설계자 또는 안과 임상가의 필요에 따라 다양한 조건하에서 사용이 가능할 것으로 기대된다.
[1] 시기광학계의 설계에서 필요한 망막상의 질을 예측하는 이외에 모형안은 임상에서도 유용하게 사용될 수 있다. 안과학 분야에서 최근 노인인구의 증가로 노안(presbyopia)교정에 대한 연구가 활발히 진행되어 왔는데, 맞춤형 누진가입도렌즈(PALs) 또는 다중초점 콘택트렌즈를 이용한 비수술적 교정 방법 이외에 각막 인레이(inlay), CK(conductive keratoplasty), 노안라식(presbyLASIK), 모노비전(monovision), 다중초점 안내렌즈(IOL)를 이용한 수술적 노안 교정방법들이 적용되고 있으며 향후 좀 더 진보된 방법들이 나타날 것으로 예측된다. 모형안은 이러한 노안에 대한 광학적 교정방법에 있어서 다양한 시기능 예측이 가능하므로 임상에서 매우 유용할 수 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
노안(presbyopia)교정 방법에는 무엇이 있는가?
[1] 시기광학계의 설계에서 필요한 망막상의 질을 예측하는 이외에 모형안은 임상에서도 유용하게 사용될 수 있다. 안과학 분야에서 최근 노인인구의 증가로 노안(presbyopia)교정에 대한 연구가 활발히 진행되어 왔는데, 맞춤형 누진가입도렌즈(PALs) 또는 다중초점 콘택트렌즈를 이용한 비수술적 교정 방법 이외에 각막 인레이(inlay), CK(conductive keratoplasty), 노안라식(presbyLASIK), 모노비전(monovision), 다중초점 안내렌즈(IOL)를 이용한 수술적 노안 교정방법들이 적용되고 있으며 향후 좀 더 진보된 방법들이 나타날 것으로 예측된다. 모형안은 이러한 노안에 대한 광학적 교정방법에 있어서 다양한 시기능 예측이 가능하므로 임상에서 매우 유용할 수 있다.
눈의 광학적 성능을 예측하는 방법은?
정밀한 눈의 생체 측정과 광범위하고 복잡한 광학적 계산을 신속하게 처리할 수 있는 계산능력에 있어서 최근의 기술적 진보는 눈의 광학적 성능을 정확하게 형상화하는 것이 가능하도록 하였다. 종초점이동(defocus), 대비(contrast) 그리고 동공 크기에 따른 눈의 광학적 상질의 예측은 모형안으로부터 MTF 등의 계산을 통해 예측가능하다. 그러나 이런 계산을 위한 적절한 모형안의 선택은 실안의 해부학적, 광학적 특성들과의 근접한 유사성에 달려 있다.
안구의 생체 측정방법으로 무엇이 사용되고 있는가?
안구의 생체 측정방법으로는 초음파(A-scan), MRI, Scheimpflug camera, ORBscan 등이 사용되고 있다. 샤임플러그 카메라는 세극등 현미경(slit lamp)과 연동하여 전안부에 대한 보다 객관적이고 정확한 생체 측정이 가능하다.
참고문헌 (24)
H. L. Liou and N. A. Brennan, “Anatomically accurate, finite model eye for optical modeling,” J. Opt. Soc. Am. A, vol. 14, no. 88, pp. 1684-1695. 1997
D. A. Atchison, E. L. Markwell, S. Kasthurirangan, J. M. Pope, G. Smith, and P. G. Swann, “Age-related changes in optical and biometric characteristics of emmetropic eyes,” Journal of Vision, vol. 8, no. 4, pp. 1-20, 2008
M. Dubbelman and G. L. Van der Heijde, “The shape of the aging human lens: curvature, equivalent refractive index and the lens paradox,” Vision Res., vol. 41, no. 14, pp. 1867-1877, 2001
C. E. Jones, D. A. Atchison, R. Meder, and J. M. Pope, “Refractive index distribution and optical properties of the isolated human lens measured using magnetic resonance imaging(MRI),” Vision Res., vol. 45, no. 18, pp. 2352-2366, 2005
D. A. Atchison and G. Smith, Optics of the human eye (Butterworth-Heinnemann, Oxford, 2002), pp. 3-38
B. Winn, D. Whitaker, D. B. Elliot, and N. J. Phillips, “Factors affecting light-adapted pupil size in normal human subjects,” Invest. Ophthal. Vis. Sci., vol. 35, no. 33, pp. 1132-1137, 1994
R. Navarro, J. Santamaria, and J. Bescos, “Accommodation dependent model of the human eye with aspherics,” J. Opt. Soc. Am. A, vol. 2, no. 8, pp. 1273-1281, 1985
김상기, 구면수차를 이용한 정밀모형안의 최적화 설계(단국대학교, 박사학위논문, 2002), pp. 92-94
R. A. Applegate and V. Lakshminarayanan, “Parametric representation of Stiles-Crawford functions: normal variation of peak location and directionality,” J. Opt. Soc. Am. A, vol. 10, no. 7, pp. 1611-1623, 1993
P. J. DeLint, J. J. Vos, T. T. J. M. Berendschot, and D. van Norren, “On the Stiles-Crawford effect with age,” Invest. Ophthal. Vis. Sci., vol. 38, no. 6, pp. 1271-1274, 1997
C. Pask and A. Stacey, “Optical properties of retinal photoreceptors and the Campbell effect,” Vision Res., vol. 38, no. 7, pp. 953-961, 1998
K. Hayashi, H. Hayashi, and F. Hayashi, “Topographic analysis of the changes in corneal shape due to aging,” Invest. Ophthal. Vis. Sci., vol. 14, no. 5, pp. 527-532. 1995
T. Oshika, S. D. Klyce, R. A. Applegate, and H. C. Howland, “Changes in corneal wavefront aberrations with aging,” Invest. Ophthal. Vis. Sci., vol. 40, no. 7, pp. 1351-1355. 1999
D. A. Atchison and G. Smith, Optics of the human eye (Butterworth-Heinnemann, Oxford, 2002), pp. 213-230
K. F. Koretz, P. L. Kaufman, M. W. Neider, and P. A. Goeckner, “Accommodation and presbyopia in the human eye - aging of the anterior segment,” Vision Res., vol. 29, no. 12, pp. 1685-1692, 1989
N. Brown, Lens changes with age and cataract; slit-image photography. In The Human Lens in relation to Cataract (Elsviser, CIBA Symposium Foundation, 1973), pp. 65-78
H. Saunders, “A longitudinal study of the age dependence of human ocular refraction 1. Age-dependent changes in the equivalent sphere,” Ophthal. Physiol. Opt., vol. 6, no. 1, pp. 39-46, 1986
T. Grosvenor, Changes in spherical refraction during the adult years. In Refractive anomalies. Research and clinical applications (T. Grosvenor and M. C. Flom, eds) (Butterworth-Heinnemann, Oxford, 1991), pp. 131-45
R. I. Calver, M. J. Cox, and D. B. Elliot, “Effect of aging on the monochromatic aberrations of the human eye,” J. Opt. Soc. Am. A., vol. 16, no. 9, pp. 2069-2078, 1999
G. Smith, B. K. Pierscionek, and D. A. Atchison, “The optical modelling of the human lens,” Ophthalmic and Physilological Optics, vol. 11, no. 4, pp. 359-369, 1991
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.