• Main
  • Useful links
  • Information for Contributors
  • About
  • Editorial board

    •
    Bulletin of problems biology and medicine / Issue 4 part 1 (113), 2014 / The Results of Polarized Light Usage for the Eye Research

    Kochina M. L., Kaplin I. V., Kovtun N. M.

    The Results of Polarized Light Usage for the Eye Research

    About the author:

    Kochina M. L., Kaplin I. V., Kovtun N. M.

    Heading:

    CLINICAL AND EXPERIMENTAL MEDICINE

    Type of article:

    Scentific article

    Annotation:

    The main tendencies of polarized light usage in ophthalmology are polarized biomicroscopy and research of tense-deformed condition of cornea. The usage of polarized light allows not only to increase quality of eye tissue pictures, but also to visualize picture of internal stain distribution in cornea. The majority of eye tissues are optically anisotropic. The optical anisotropy has cornea, lens, especially during cataract maturing, conjunctiva, sclera, eye ground structure, nerves and vessels, which clearly seen during biomicroscopy and ophthalmoscopy in polarized light. Cornea optical anisotropy can be conditionally subdivided into static and dynamic. Static anisotropy is caused by the corneal collagen structure and fiber positioning in cornea tissues, as well as cornea form. Dynamical anisotropy has photo-elastic nature, since it is connected with tensile influence of intraocular pressure and extra- ocular muscles on cornea. During live eye cornea illumination by polarized white light we can see specific rhomb-shaped interference picture, formed by iridescent stripes (izochromes). Interference rhomb is disposed at the cornea periphery and its corners lean on horizontal and vertical eye diameters. The picture is crossed by dark stripes which form the figure of corneal cross (isoclinal lines). It has been determined, those extraocular muscles actions contribute to the formation of interference picture which has exact rhomb form. The researches of interference pictures forms in normal state and with different pathologies of extraocular muscles have allowed us to discover regularities in their changes and develop objective noncontact forms of diagnostics. Thus, weakening of one muscle strain leads to circling of proper corner of interference rhomb and decrease of the length of particular diagonal segment. In case of muscle strain increase the traction of corresponding rhomb corner and increase of segment length appear. Retraction of muscle attachment place along line of its action is equivalent to strain changes, and retraction towards the line of action leads to retraction to the same way as corresponding corner of interference rhomb. We has carried out research of form and geometrical parameters of eyes interference pictures at different levels of intraocular pressure. It has been established that during increase of intraocular pressure redistribution of internal strain in cornea and nonlinear effects take place, the interference picture form significantly changes. Currently we are carrying out additional researches of connections between parameters of interference pictures and intraocular pressure value. The researches of the influence of cornea geometrical parameters on the interference pictures during corneal astigmatism of different nature are of noticeable interest. Thus, analysis of interference pictures forms which are observed on eye cornea under the polarized light, and determination of their geometrical parameters gives us an ability to research structural functional condition of extra-ocular muscles, define level of intraocular pressure, and get new information about cornea condition during astigmatism. This in turn allows define heterotropy patients’ treatment, and research intraocular pressure without direct contact with patient’s eye.

    Tags:

    polarized light, optical anisotropy, corneal, extra-ocular muscles, interference picture

    Bibliography:

    • Адзерихо К. С. Взаимодействие поляризованного излучения с веществом / К. С. Адзерихо, А. Я. Силенко. – Минск, 1975. – 100 с.
    • А. с. 799716 СССР, МКИ2  А 61 F 9/00. Способ диагностики патологии глазодвигательных мышц / М. А. Пеньков, М. Л. Кочина (СССР). – № . 2666874; заявл. 05. 07. 78; опубл. 30. 01. 81; Бюл. № 4. – 2 с.
    • А. с. 1762893 СССР. Способ определения функционального состояния глазодвигательных мышц / М. А. Пеньков, М. Л. Кочина [и др.] (СССР). – № 4182507; заявл. 16. 01. 87; опубл. 23. 09. 92; Бюл. № 35.
    • Босенко Т. А. Диагностика асимметрии наружных мышц глаза в поляризованном свете при косоглазии / Т. А. Босенко // Актуальные вопросы офтальмологии: сборник научных трудов. – Х., 1987. – С. 33–35.
    • Водовозов А. М. Изоклины интерференционной картины роговицы как указатели местоположения глазодвигательных мышц в норме и при косоглазии / А. М. Водовозов, В. В. Ковылин // Офтальмологический журнал. – 1983. – № 5. – С. 260–262.
    • Водовозов A. M. Использование поляризационно-оптического метода для диагностики состояния глазодвигательных мышц при вертикальной девиации / А. М. Водовозов, В. В. Ковылин // Офтальмологический журнал. – 1990. – № 4. – С. 201–204.
    • Ковылин В. В. Использование поляризационно-оптического метода для диагностики состояния глазодвигательных мышц при вертикальной девиации / В. В. Ковылин // Офтальмологический журнал. – 1990. – № 4. – С. 201–204.
    • Кокер Л. Оптический метод исследования напряжений / Л. Кокер, Н. Файлон. – М. : ОНТИ, 1936. – 120 с.
    • Кочина М. Л. Возможности поляризационно-оптического метода исследования глаз / М. Л. Кочина // Актуальные во- просы офтальмологии : сборник научных трудов. – Х., 1987. – С. 54–56.
    • Кочина М. Л. Поляризованно-оптические свойства роговой оболочки глаза / М. Л. Кочина // Актуальные вопросы оф- тальмологии: сборник научных трудов. – Х., 1980. – С. 45–47.
    • Кочина М. Л. Применение поляризованного света в медико-биологических исследованиях / М. Л. Кочина // Примене- ние поляризованного света в медицине: тезисы докладов областной научно-практической конференции. – Х., 1986. – С. 24–26.
    • Кочина М. Л. Исследование и моделирование поляризационно-оптических свойств роговицы глаза при различных состояниях экстраокулярных мышц / М. Л. Кочина, В. Г. Калиманов // Бионика интеллекта. – 2008. – № 2 (69). – С. 132–137.
    • Кочина М. Л. Методы обработки изображений для автоматизации диагностики  патологи  экстраокулярных мышц / М. Л. Кочина, В. Г. Калиманов // Прикладная радиоэлектроника. – 2008. – Т. 7, № 1. – С. 93–96.
    • Миткох Д. И. Применение поляризованного света для изучения анатомии, физиологии и патологии глазного дна / Д. И. Миткох // Проблемы физиологической оптики. – М., 1969. – Т. XV. – С. 164-167.
    • Пеньков М. А. Интерференционный метод в диагностике косоглазия / М. А. Пеньков, М. Л. Кочина // Офтальмологи- ческий журнал. – 1979. – № 8. – С. 497–498.
    • Пеньков М. А. Интерференционный метод в диагностике косоглазия / М. А. Пеньков, М. Л. Кочина // Вестник офталь- мологии. – 1981. – № 1. – С. 39–41.
    • Пеньков М. А. Применение поляризованного света в офтальмологии (обзор) / М. А. Пеньков, М. Л. Кочина // Офталь- мологический журнал. – 1981. – № 6. – С. 368–372.
    • Пеньков М. А. Поляризационный метод исследования роговицы глаза / М. А. Пеньков, Р. М. Тамарова, М. Л. Кочина // Новости медицинской техники : сборник статей / ВНИИМП. – М., 1982. – Вып. 1. – С. 27–30.
    • Поляризационно-оптический метод исследования напряжений / под ред. Н. И. Пригоровского. – М. : Наука, 1965. – 776 с.
    • Рапис Е. Г. Использование метода поляризационной микроскопии для исследования хрусталика / Е. Г. Рапис // Оф- тальмологический журнал. – 1976. – № 2. – С. 128-130.
    • Русакович О. А. Исследование глазного дна при миопии в поляризованном свете / О. А. Русакович // Вестн. офталь- мологии. – 1979. – № 4. – С. 38-41.
    • Современное состояние и перспективы применения метода фотоупругости / В. В. Волков, B. К. Малышев, А. И. Жу- равлев [и др.] // Офтальмологический журнал. – 1990. – № 8. – С. 479–482.
    • Способ профилактики послеоперационного астигматизма / М. А. Пеньков, М. Л. Кочина, А. В. Яворский, Д. М. Миро- шник // Офтальмологический журнал. – 1988. – № 4. – С. 230-233.
    • Тамарова Р. М. Об исследовании глазного дна в поляризованном свете / Р. М. Тамарова // Проблемы физиологиче- ской оптики. – 1969. – Т. XV. – С. 158-163.
    • Тамарова Р. М. Об исследовании роговицы глаза в поляризованном свете / Р. М. Тамарова, Т. В. Зубарева // Новости медицинской техники: сборник статей. – М., 1977. – Вып. 2. – С. 29.
    • Файлон Л. Оптический метод исследования напряжений / Л. Файлон. – М.; Л. : Гостехлитиздат, 1940. – 120 с.
    • Фрохт Макс Марк. Фотоупругость. Поляризационно-оптический метод исследования напряжений / Макс Марк Фрохт. – М.; Л. : Гостехиздат, 1950. – 488 с.
    • Чередниченко В. М. Биомикроскопия в поляризованном свете / В. М. Чередниченко // Вестник офтальмологии. – 1973. – № 2. – С. 20-22.
    • Чередниченко В. М., Воронцова Н. М. Применение поляризационной биомикроскопии для диагностики катаракты / В. М. Чередниченко, Н. М. Воронцова // Офтальмологический журнал. – 1987. – № 1. – С. 19-21.
    • Шерклифф У. Поляризованный свет (получение и применение) / У. Шерклифф. – М. : Мир, 1965. – 264 с.
    • Anderson K. Application of structural analysis to the mechanical behavior of the cornea / K. Anderson, A. El-Sheikh, T. Newson // J. R. Soc. Interface. – 2004. – Vol. 1. – P. 1–15.
    • Bour L. J. On the birefringence of the living human eye / L. J. Bour, N. J. Lopez Cardozo // Vision Res. – 1981. – Vol. 21, № 9. – P. 1413–1421.
    • Brewster D. Experiments on the depolarization of light as exhibited by various mineral, animal and vegetable bodies with a reference of the phenomena to the general principles of polarization / D. Brewster // Phil. Trans. Roy. Soc. Lond. – 1815. – Vol. 1. – P. 21–53.
    • Cogan D. C. Some ocular phenomena produced with polarized light / D. C. Cogan // Arch. Ophthalmol. – 1941. – Vol. 25, № 3. – P. 391–400.
    • Cope W. T. The corneal polarization cross / W. T. Cope, M. L. Wolbarsht, B. S. Yamanashi // J. Opt. Soc. Am. – 1978. – Vol. 68, № 8. – P. 1139–1141.
    • De Vries H. L. Properties of the eye with respect to polarized light / H. L. de Vries, A. Spoor, R. Jielof // Physica. – 1953. – Vol. 19. – P. 419–432.
    • Komai Y. The three dimensional organization of collagen fibrils in the human cornea and sclera / Y. Komai, T. Ushiki // Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. – 1991. – Vol. 32, № 8 – P. 2244–2257.
    • Stanworth A. Polarized light studies of the cornea I. The isolated cornea / A. Stanworth, E. J. Naylor // J. Exp. Biol. – 1953. – Vol. 30. – P. 160–163.
    • Stanworth A. Polarized light studies of the cornea II. The effect of intra-ocular pressure / A. Stanworth // J. Exp. Biol. – 1953. – Vol. 30, № 2. – P. 164–169.
    • Stanworth A. The polarization optics of the isolated cornea / A. Stanworth, E. J. Naylor // Br. J. Ophthalmol. – 1950. – Vol. 34, № 4. – P. 201–211.
    • Van Blokland G. J. Corneal polarization in the living human eye explained with a biaxial model / G. J. van Blokland, S. C. Verhelst // Opt. Soc. Am. A. – 1987. – Vol. 4, № 1. – P. 82–90.
    • Von Erlach C. Mikroskopische Beobachtungen ьber organische Elementarteile bei polarisiertem Licht / C. von Erlach // Arch. f. Anat. u. Physiol. – 1847. – S. 313.
    • Wave Interference for Pattern Description / S. Atasoy, D. Mateus, A. Georgiou [et al.] // Proc. Asian Conference on Computer Vision (ACCV), Queenstown, New Zealand, 8-12 Nov., 2010. – Queenstown, 2010. – P. 124.
    • Zandman F. The photoelastic effect of the living eye / F. Zandman // Experim. Mechanics. – 1966. – Vol. 6, № 5. – P. 19–25.

    Publication of the article:

    «Bulletin of problems biology and medicine» Issue 4 part 1 (113), 2014 year, 139-145 pages, index UDK 612. 846:004