Onderzoek Jos Rozema

Abstract

Tijdens de eerste levensjaren groeit het oog enorm en vermindert tegelijkertijd de gemiddelde oogrefractie doordat de groeisnelheid van de oogbol, het hoornvlies en de kristallijne lens zich zorgvuldig aan elkaar aanpassen. Dit proces wordt emmetropizatie genoemd en vindt plaats tijdens de eerste 2-3 levensjaren. Vervolgens treedt homeostase op, waarbij de groei van de ogen doorgaat terwijl de bijna-emmetrope refractieafwijking behouden blijft door een combinatie van geschaalde groei en actieve feedbackmechanismen. Als de homeostase faalt, leidt dit tot overmatige axiale groei en myopie, waardoor het netvliesbeeld onscherp is. Dierproeven toonden aan dat de groei van de ogen een delicate interactie is tussen optische en sensorische componenten om het netvlies een leven lang helder te houden. Emmetropizatie is dus het actieve, visueel gestuurde mechanisme waarbij de axiale lengte en de gecombineerde optische krachten van het hoornvlies en de lens precies op elkaar worden afgestemd om neonatale refractieafwijkingen te elimineren. Er zijn veel rapporten over oculaire groei gepubliceerd, maar deze hebben vaak betrekking op een beperkt leeftijdsbereik. Onze groep heeft onlangs een compleet overzicht gepubliceerd van de normale oculaire groei voor de geboorte tot 18 jaar. Ook zijn er beschrijvende modellen voor ooggroei in de literatuur, maar een kwantitatief model voor de mechanismen van ooggroei ontbreekt op dit moment. Dit project is gericht op het modelleren van de veranderingen van de oculaire componenten die betrokken zijn bij visueel begeleide ooggroei met behulp van differentiaalvergelijkingen, bestaande uit twee exponentiële termen die de geschaalde groei voor de geboorte en de groei met actieve feedback na de geboorte vertegenwoordigen. Daarnaast proberen we in te schatten hoe variaties in optische parameters de variaties in refractieafwijking beïnvloeden met behulp van foutenvoortplanting. Bovendien onderzoeken we hoe de parameters van bi-exponentiële functies kunnen worden aangepast om verschillende verlopen van refractieontwikkeling te simuleren, zoals onmiddellijke emmetropie, persistente hypermetropie, myopie, enzovoort. Daarnaast is uit de literatuur bekend dat de ontwikkeling van bijziendheid wordt beïnvloed door zowel defocus op het netvlies als de spectrale samenstelling van het omgevingslicht. Van beide factoren is bekend dat ze de contrastgevoeligheidsfunctie (CGF) beïnvloeden. Het wordt steeds duidelijker dat de CGF een grote rol speelt in de ontwikkeling van refractie. We meten de CGF van zowel emmetropen als myopen om het gecombineerde effect van defocus en kleurenband op de CGF te onderzoeken. Tot slot willen we de exponentiële functie van de ooggroei (ODE-model) moduleren en de responsfunctie van het netvlies onderzoeken door rekening te houden met enkele belangrijke factoren zoals de CGF van het menselijk oog, de helderheid en de omringende verlichting. Doelstellingen: 1. Een actief model van normale en abnormale refractieve ontwikkeling voorstellen. 2. Inschatten van de invloed van variaties in biometrische parameters op variaties in refractieafwijking. 3. Een bi-exponentiële beschrijving voorstellen voor verschillende vormen van refractieve ontwikkeling. 4. De CGF meten binnen de rode, groene en blauwe kleurbanden over verschillende niveaus van defocus. 5. Een gemoduleerd ODE-model ontwikkelen door rekening te houden met de functie van het netvlies.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Rozema Jos
• Mandaathouder: Farzanfar Arezoo

Onderzoeksgroep(en)

• Translationele Neurowetenschappen (TNW)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Oogheelkundig onderzoek heeft aanzienlijke vooruitgang geboekt en is geëvolueerd van eenvoudige modellen van de oogrefractie tot het geavanceerde SyntEyes-model. Deze laatste levert synthetische biometrische datasets die de echte oogstatistieken weerspiegelen, die verbeterde optische berekeningen toelaten zonder aanvullende metingen. De huidige focus van deze modellen blijft echter beperkt tot optische eigenschappen, waardoor de biomechanica van het oog buiten beschouwing blijft. Om deze leemte op te vullen werd het SyntEyes OBM (Synthetisch Opto-Biomechanisch Oogmodel) voorgesteld als een uitgebreid platform dat zowel optische als biomechanische eigenschappen van het oog integreert, waardoor gedetailleerde analyse onder verschillende omstandigheden mogelijk is. Deze vooruitgang omvatte de ontwikkeling van een 3D-geometrisch oogmodel met inbegrip van het hoornvlies, de limbus, de sclera, de lens, de iris, het hulplichaam en de zonulaire vezels. Het model gebruikte Zernike-coëfficiënten om de voorste en achterste oppervlakken van het hoornvlies te definiëren en breidde hun diameters uit om realistische afmetingen mogelijk te maken. De lensvorm werd afgeleid van SyntEyes-gegevens met behulp van asferische oppervlakken voor nauwkeurigheid. De sclera werd gemodelleerd als een bolvormig omhulsel van constante dikte dat de limbus van het hoornvlies verbindt met de fovea van het netvlies, terwijl het ciliaire lichaam en de zonulaire vezels werden aangepast op basis van eerder onderzoek om een individuele weergave te garanderen. Het SyntEyes OBM-model kan worden aangepast aan meerdere biometrische variaties. Deze uitbreiding verrijkt het originele SyntEyes met biomechanische inzichten, waardoor een gelijktijdige en nauwkeurige evaluatie van de optische en biomechanische aspecten van het oog mogelijk wordt. Een dergelijk model zal optische en klinische simulaties aanzienlijk verbeteren, en een grondiger en nauwkeuriger hulpmiddel bieden voor oogheelkundig onderzoek en praktijk, en een opmerkelijke vooruitgang betekenen in het veld.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Rozema Jos
• Mandaathouder: Ghaderi Hosna

Onderzoeksgroep(en)

• Translationele Neurowetenschappen (TNW)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

In de komende jaren zal VOLANTIS verschillende projecten uitvoeren over visuele optica en de biomechanica van het oog, ingedeeld over drie onderwerpen. Het eerste is de visuele ontwikkeling van het oog en de ontwikkeling van oogmodellen om de ooggroei te bestuderen. Deze modellen zullen bijvoorbeeld bestuderen hoe de verschillende onderdelen van het oog met elkaar interageren om het oog eerst in focus te brengen ('emmetropie') en vervolgens deze balans blijft behouden tijdens de verdere groei van het oog ('homeostase'). Andere studie bekijken wat er gebeurt als de balans is verstoord (bijv. in bijziendheid) of bij bepaalde ziektes (bijv. cataract in baby's). Binnen het Europese OBERON-project zullen we ook een nieuwe soort oogmodel ontwikkelen dat zowel de biomechanica als de optische functie van het oog combineert om zo te komen tot een nieuw platform waarmee nieuw technieken kunnen worden getest in virtuele klinische proeven. Dit project vereist nauwe samenwerking met een aantal Europese partners. Het tweede studieonderwerp is keratoconus, een ziekte die geleidelijk het hoornvlies vervormt en zo leidt tot een aanzienlijk verlies aan zichtkwaliteit. Bijgevolg is vroege detectie van de ziekte essentieel om dit verlies te kunnen voorkoken door een tijdige behandeling. Hiervoor werkt VOLANTIS aan een machine learning systeem dat oogartsen verwittigt wanneer het keratoconus detecteert, en of deze nog kan verergeren. Een ander project kijkt naar 'crosslinking', een veelgebruikte behandeling om het hoornvlies te verstevigen en het ziekteproces te stoppen. Hiervoor moeten we technieken ontwikkelen om de elasticiteit van het hoornvlies in kaart te kunnen brengen die toelaten om enkel die delen van het hoornvlies te behandelen die het nodig hebben. De huidige methoden om dit te doen vragen bijzonder veel rekenkracht, maar er zijn een aantal methoden om de rekentijden te kunnen reduceren van enkele uren tot enkele minuten, waardoor het klinisch bruikbaar wordt. Tot slot zal Volantis studies uitvoeren over verblinding door felle lichten en donkeradaptatie. Deze fenomenen kunnen een grote rol spelen in verkeersveiligheid aangezien bestuurders veel last kunnen hebben van de koplampen van tegenliggers. Aangezien het onvoldoende duidelijk is welke mate van verblinding acceptabel is om veilig te kunnen rijden, zullen er experimenten worden uitgevoerd in een rijsimulator onder realistische omstandigheden. De resultaten zullen vervolgens worden geformuleerd als advies aan de regelgevende autoriteiten om de verkeersveiligheid te verbeteren.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Rozema Jos
• Mandaathouder: Rozema Jos

Onderzoeksgroep(en)

• Translationele Neurowetenschappen (TNW)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Keratoconus is een oogziekte die geleidelijk aan het hoornvlies vervormt, waardoor de zichtskwaliteit van een patiënt snel kan verslechteren. Daarom is het belangrijk om de ziekte vroeg op te sporen en op te volgen om zo tot een snelle therapeutische ingreep te kunnen komen. Het Visual Optics Lab Antwerp (VOLANTIS) heeft onlangs enkele nieuwe rekenmethodes ontwikkeld die het toelaten om de structurele verandering het hoornvlies op te volgen en de best mogelijke optische correctie voor te schrijven. Het doel van dit project is om deze methodes verder uit te breiden en ze toe te passen op een grote database van eerder verzamelde gegevens. Zo willen we de vooruitzichten van patiënten verbeteren en hen een zo hoog mogelijke levenskwaliteit laten behouden.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Rozema Jos
• Mandaathouder: Francis Sharon

Onderzoeksgroep(en)

• Translationele Neurowetenschappen (TNW)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Het oog is een biologisch weefsel met optische en biomedische eigenschappen die bepalen hoe het oog licht refracteert, dat licht op het netvlies focust en die focus dynamisch kan veranderen over een reeks afstanden. Deze indrukwekkende flexibiliteit is het resultaat van de delicate manier waarop de mechanische eigenschappen van het oog de optiek zeer nauwkeurig beïnvloeden. Deze eigenschappen variëren aanzienlijk van persoon tot persoon en kunnen in de loop van de tijd veranderen als reactie op visuele eisen, maar ook door ooggroei, veroudering en pathologie. De oorsprong van deze biomechanische veranderingen in de loop van de tijd wordt echter zeer slecht begrepen en wijst op een behoefte aan antwoorden, gezien de toename van de levensverwachting en de maatschappelijke vraag naar hoogwaardige visie. Om deze problemen aan te pakken, presenteren we de eerste Europese samenwerking die een groep wetenschappers samenbrengt die werken aan de optica en biomechanica van het oog, die een breed scala aan disciplines en vaardigheden bestrijken. Dit zeer interdisciplinaire consortium zal ook een trainingsnetwerk creëren om jonge onderzoekers de kans te geven om te leren van gerenommeerde experts op het gebied van oogoptomechanica, hun leerervaringen te delen en te profiteren van stages in universiteiten, ziekenhuizen en de industrie. Dit geeft hen een brede en nieuwe vaardigheid om hun onderzoek te vertalen naar wetenschappelijke, industriële of klinische toepassingen, zoals een nieuwe generatie intraoculaire implantaten voor staaroperaties, biologisch relevante oogmodellen die het oog op elke leeftijd nabootsen, en nieuwe behandelingstherapieën. die refractieafwijkingen kunnen beheersen, verminderen of uiteindelijk voorkomen. Deze verwachte innovaties zullen leiden tot verregaande en baanbrekende vorderingen om ons begrip van de onderlinge relatie tussen oculaire optica en biomechanica te vergroten. Hieruit zullen de jonge onderzoekers tevoorschijn komen met multidisciplinaire, veelzijdige vaardigheden, zeer inzetbaar zijn, in staat zijn om tekorten aan vaardigheden aan te pakken, leiders zijn in vision science en pionieren in nieuwe industrieën in optisch ontwerp en modellering.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Koppen Carina
• Co-promotor: Rozema Jos

Onderzoeksgroep(en)

• Translationele Neurowetenschappen (TNW)

Project website

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

De principes van fase-contract microscopie worden gebruikt om de aberraties van het optisch systeem van het menselijk oog in kaart te brengen. Er zijn redenen om aan te nemen dat dit een zeer snelle nauwkeurige methode zal opleveren om de oog-aberraties te bepalen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Van Dyck Dirk
• Co-promotor: Rozema Jos

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Onderzoeker(s)

• Promotor: Rozema Jos

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

• Onderzoeksproject