Forskningsprojekt 鈥漅ay-tracing鈥 eller strålföljning är en numerisk metod att analysera avbildningskvalitet i optiska system. Metoden används inom geometrisk optik och innebär att man numeriskt beräknar hur enskilda ljusstrålar utbreds, reflekteras och bryts.
3D ray-tracing modeller baserat på indata från Scheimpflug-fotografering (Oculus, Inc.) är ett kraftfullt verktyg för att analysera avbildningsfel vid hornhinnesjukdomen keratoconus, då hornhinnan får en kraftigt oregelbunden form med stora brytningsfel. Syftet med projektet är analysera avbildningskvaliteten med 3D ray-tracing metoden, före och efter behandling med avancerad crosslinking (CXL) av ett antal keratoconuspatienter. På så sätt får vi ett viktigt objektivt mått på effekterna av CXL-behandling som inte finns idag, jämförbar med patienters egna subjektiva uppfattning om synförmågan.
Huvudsyftet med detta projekt 盲r att med 3D ray-tracing modellen analysera och utv盲rdera effekterna av CXL-behandling vid keratokonus 枚ver tid. Med modellen erh氓lles objektiva parametrar p氓 det okul盲ra systemets avbildningskvalitet. Spotdiagram, RMS-v盲rden, point spread function (PSF) och strehlkvoter 盲r exempel p氓 visuella parametrar som vi vill ta fram med 3D- ray-tracing modellen, utg氓ende fr氓n m盲tv盲rden p氓 hornhinnans aktuella form.
Ray-tracing algoritmen bygger p氓 att f枚r varje str氓le ber盲kna vinkeln med vilken str氓len bryts vid den punkt d盲r den tr盲ffar en yta, och avst氓ndet som str氓len tillryggal盲gger innan den tr盲ffar och bryts igen vid n盲sta yta. F枚r denna analys beh枚vs ing氓ngsdata f枚r den infallande str氓lens riktning (riktningsvektorer), punktens l盲ge (koordinater x-, y- och z) p氓 ytan och dess normalvektorer (x- y- och z) samt brytningsindex f枚r att med Snell鈥檚 brytningslag kunna best盲mma hur str氓len 盲ndrar riktning vid 枚verg氓ngen mellan ytorna. F枚r ytor som kan beskrivas med analytiska funktioner kan riktnings- och normalvektorerna oftast ber盲knas direkt med enkla matematiska ekvationer. F枚r ytor som baseras p氓 diskreta m盲tpunkter m氓ste interpolering av m盲tdatat g枚ras innan normal- och riktningsvektorerna kan best盲mmas. Figur 1 nedan visar principen f枚r hur vi interpolerar m盲tdata f枚r hornhinnans yta, erh氓llna med Scheimpflug-fotografering. Proceduren som illustreras i Fig.1 upprepas i f枚r varje str氓le som ing氓r i ray-tracing analysen (ca 10 000 鈥 100 000 str氓lar).
Vi planerar att i projektets f枚rsta fas analysera data fr氓n ett 25-tal keratokonuspatienter. F枚r varje patient genomf枚rs ray-tracing analysen med m盲tdata p氓 hornhinnans form upptagna innan CXL-behandling, d盲refter analyseras m盲tdata upptagna 3, 6 och 12 m氓nader efter behandling. P氓 s氓 vis f氓r vi en objektiv och j盲mf枚rande studie av synparametrarna (avbildningskvalitet) f枚re och efter CXL-behandling, och 盲ven objektiva m氓tt p氓 hur stabila f枚r盲ndringarna 盲r efter behandling.
Effekterna av tv氓 olika typer av CXL-behandlingar kommer dessutom att analyseras, n盲mligen (den mest vanliga) d盲r man anv盲nder en 鈥漥盲mn behandlingszon鈥 p氓 hornhinnan och en variant d盲r behandlingszonen 盲r oj盲mn, dvs. d盲r endast vissa delar p氓 hornhinnan behandlas f枚r att kontrollera hornhinnans brytning. Vi kommer d氓 objektivt att kunna j盲mf枚ra avbildningskvaliteten hos patienter som har behandlats med j盲mn CXL-behandlingzon, respektive med de som har behandlats med oj盲mn zon.
