Historien om udviklingen af den moderne synstest

Visuel Funktionsskala Relateret til Synsstyrke

Måling af synsstyrke starter med at definere stimulusparametre: symbolstørrelse og synsafstand. Referenceparameteren for størrelse blev defineret af Snellen; termen “M-enhed” blev introduceret af Sloan. Referenceparameteren for afstand er meter og dets reciprokke, diopteren.

Baseret på disse parametre kan vi beskrive, hvordan øjet fungerer, ved at beregne forstørrelseskravet (MAR), der er nødvendigt for at bringe en person op til præstationsstandarden. MAR giver en skala for synstab, der kan strække sig til meget høje værdier; dets modstykke, synsstyrkeværdien, giver en skala for visuel funktion, begrænset til området fra 0 til 1,0 (referenceværdien) og lidt over. MAR- og synsstyrkeskalaer er nyttige til beregning af synsafstand, skriftstørrelse og forstørrelseskrav.

Fra disse lineære målinger af visuel funktion (hvordan øjet fungerer) kan vi udlede et statistisk estimat af en persons visuelle evne (funktionel synsevne, hvordan personen kan fungere). Dette gøres ved at tage logaritmen af målingerne i overensstemmelse med Weber-Fechners lov, som siger, at en proportional stigning i stimulusintensiteten giver en lineær stigning i fornemmelsen. Ligesom MAR er logMAR en skala for synstab; højere værdier indikerer dårligere præstation; ligesom synsstyrke er synsstyrkeværdi (VAS) en skala for visuel funktion; højere værdier indikerer bedre præstation. 0 logMAR = standardsyn; 0 VAS = blindhed.

MÅLING AF SYNSTYRKE – GRUNDLÆGGENDE KONCEPTER

Da synsstyrke så ofte måles med bogstavstavler, er det en almindelig misforståelse, at synsstyrke definerer synskvalitet generelt eller endda evnen til at fungere visuelt. Dette er ikke tilfældet. Synsstyrke er kun én af mange parametre, der beskriver forskellige aspekter af synet. Bogstavstavletests sammenligner den mindste linje, testpersonen kan se, med en referencestandard (dvs. den linje, som en person med “normalt” syn netop kan se). Bogstavstavletests bestemmer således forstørrelseskravet (MAR) for detaljegenkendelse; den reciprokke værdi af denne værdi er kendt som synsstyrke (VA = 1/MAR). En person, der har brug for bogstaver eller symboler, der er dobbelt så store, siges at have en synsstyrke på 1/2 (20/40, 0,5). Omvendt har en person med en synsstyrke på 1/5 (20/100, 0,2) brug for bogstaver, der er fem gange større. Evnen til at genkende bogstaver eller andre symboler afhænger af størrelsen af deres billede på nethinden. Denne størrelse afhænger af forholdet mellem objektets størrelse og afstanden, det ses fra. Synsstyrke definerer derfor synsvinklen, under hvilken et objekt ses, ikke dets absolutte størrelse. Når størrelsen af et testobjekt gøres 10 gange større, og synsafstanden også gøres 10 gange længere, forbliver synsvinklen den samme. Når et konstant objekt bringes dobbelt så tæt på, fordobles synsvinklen. Herman Snellen udtrykte optotypestørrelser indirekte som “den afstand, ved hvilken de spænder over 5 bueminutter.”

 

God screeningtest, men ikke en god diagnostisk test

Genkendelse af bogstaver er en forholdsvis kompleks funktion; et normalt testresultat kræver, at alle tre faser af synet fungerer korrekt: Et sundt optisk system til at producere et skarpt billede på nethinden, sunde nethindreceptorer til at konvertere dette billede til nerveimpulser og et sundt nervesystem til at analysere og genkende billedet. Testen kræver også motorisk evne til at respondere. Mange forskellige lidelser kan derfor resultere i dårlige testresultater. På grund af dette er synsstyrkemåling en god screeningtest, men det er ikke en god diagnostisk test. Andre tests (f.eks. oftalmoskopi) er nødvendige for differentialdiagnose. Desuden fortæller bogstavstavlen os kun noget om det lille område af nethinden, hvor bogstavet eller symbolet er projiceret; den fortæller os ikke noget om det omkringliggende eller perifere område af nethinden.

HISTORISK UDVIKLING

Læsningstests har været brugt siden før middelalderen til at teste øjenfunktion. Betydelige ændringer begyndte at finde sted i midten af det 19. århundrede. I 1843 skrev Kuechler, en tysk øjenlæge fra Darmstadt, en afhandling om behovet for standardiserede synsprøver. Han udviklede et sæt på tre tavler for at undgå memorisering. Desværre var han et årti for tidligt, og hans arbejde blev næsten helt glemt. Omkring 1850 begyndte det, der senere ville blive kaldt oftalmologiens guldalder. I 1850 besøgte Donders fra Utrecht i Holland William Bowman, berømt for sit anatomiske og histologiske arbejde, på en international konference i London. Her mødte han Albrecht von Graefe, som skulle blive grundlæggeren af tysk klinisk oftalmologi. Donders og von Graefe blev livslange venner. Sammen med Bowman og Hermann von Helmholtz, der opfandt oftalmoskopet i 1851, dannede de en kvartet, der gjorde oftalmologien til den første organspecialeorienterede medicinske disciplin.

Franciscus Cornelis Donders (1818-1889) var ikke kun en fremragende videnskabsmand, men han havde også en stærk social samvittighed. I 1852, efter at han var vendt tilbage fra London, grundlagde han privat et “Øjenhospital for Trængende,” som blev en selvstændig fond i 1858. Donders’ mest berømte arbejde var hans bog “The Anomalies of Accommodation and Refraction,” hvor han klarlagde forskellen mellem asthenopi og hyperopi og leverede det videnskabelige grundlag for korrektion af brydningsfejl. Donders var en fremragende lærer og forklarede sine emner på en måde, som praktiserende læger kunne forstå.

I 1850 besøgte han London, hvor han mødte Bowman og von Graefe. Han skrev senere: “Jeg havde netop set Jaeger udføre kataraktoperationer skiftevis med sin venstre og højre hånd, da en ung mand kom stormende ind i lokalet og omfavnede sin mentor. Det var Albrecht von Graefe. Jaeger mente, at vi ville komme godt ud af det, og vi blev hurtigt enige. Det var mindeværdige dage. Von Graefe var min vejleder i alle praktiske forhold, og i videnskabelige anliggender lyttede han ivrigt til selv de mindste detaljer. Vi levede sammen i en måned og skiltes som brødre. At have William Bowman og Albrecht von Graefe som venner blev en uvurderlig skat på min livsrejse.” Scenen ændrede sig dermed markant i 1854, da Eduard von Jaeger i Wien offentliggjorde et sæt læseprøver, oprindeligt som et appendiks til sin bog om katarakter og kataraktkirurgi. Han mærkede sine læseprøver med katalognumre fra Wiens statsforlag. De blev straks en international succes som en metode til at dokumentere funktionelt syn.

Eduard Jaeger, Ritter von Jaxtthal (1818-1884), blev født ind i en fremtrædende familie af wienske øjenlæger. Hans far, Friedrich, var en af tidens mest fremtrædende øjenlæger; Donders mødte ham i London i 1850. Udover sine læseprøver er Eduard kendt for en tidlig atlas over øjets baggrund. Han var en stærk fortaler for brugen af Helmholtz’ direkte oftalmoskop og brugte mange timer på at lave meget detaljerede tegninger. Da hans læseprøver ikke havde nogen ekstern standard, udover Wiens statsforlags katalog, kunne andre kun imitere dem med lokalt tilgængelige skrifttyper. Dette forklarer den enorme variation blandt senere imitationer. Mens Snellen fokuserede på at måle synsstyrke, fokuserede Jaeger på læseevne; dette kan være en af grundene til, at han stædigt nægtede at tilføje Snellens bogstavstørrelsesnotation til sine læseprøver. I mellemtiden arbejdede Donders på sine banebrydende studier af refraktion og akkommodation, hvor han præciserede hyperopiens natur som en brydningsfejl snarere end en form for “asthenopi” (“øjensvækkelse”), hvilket bragte brillertilpasning fra forsøg og fejl til en videnskabelig praksis. Til dette arbejde havde Donders ikke kun brug for læseprøver til presbyope, men også afstandsmålinger til at bestemme brydningsfejl hos myope og hyperope. Han havde brugt nogle af de større trykprøver fra Jaegers publikation som afstandsmålinger, men han følte behovet for en mere videnskabelig metode og en måleenhed for visuel funktion. Han brugte udtrykket “synsstyrke” til at beskrive “synets skarphed” og definerede det som forholdet mellem en testpersons præstation og en referencestandard. I 1861 foreslog han sin formel og bad sin kollega og senere efterfølger, Herman Snellen, om at udvikle et måleværktøj.

 

Donders’ formel – og fremkomsten af en standard

Donders sammenlignede bogstavstørrelsen, som patienten netop havde genkendt, med en referencestandard, nemlig den størrelse, som en person med normalt syn kunne genkende. Synsstyrken er det reciprokke af denne værdi.

(Vinkel-)størrelse set af personen/størrelsen af referencestandarden = forstørrelseskrav.
Synsstyrke = 1/forstørrelseskrav.

Eksempler på beregning:

• Forstørrelseskrav: 2×
  Synsstyrke: 1/2
  0,5
  20/40
• Forstørrelseskrav: 4×
  Synsstyrke: 1/4
  0,25
  20/80
• Forstørrelseskrav: 10×
  Synsstyrke: 1/10
  0,1
  20/200

Bemærk, at hans referencestandard er baseret på en fysisk måling (bogstavshøjde på 5 bueminutter). Dette valg var delvist inspireret af den engelske astronom Robert Hooke, der to århundreder tidligere opdagede, at det menneskelige øje kunne skelne dobbeltstjerner, når de var adskilt af 1 bueminut. Fordi Snellen valgte en ekstern, fysisk standard, kunne andre reproducere hans tavler præcist.

Brugen af et bueminut til at bestemme synsstyrke går tilbage til, hvordan Snellen-tavlen blev designet.

En buegrad er opdelt i 60 bueminutter, og hvert bueminut kan yderligere opdeles i 60 buesekunder. Når vi taler om “5 bueminutter” i relation til konstruktionen af en synstavle, refererer det til størrelsen af bogstaverne eller symbolerne på tavlen. Hvert bogstav eller symbol optager en vinkel i synsfeltet, når det ses fra en bestemt afstand. “5 bueminutter” angiver størrelsen af denne vinkel, hvor hvert bogstav eller symbol optager en vinkel på 5 bueminutter, når det ses fra en bestemt afstand. Den videnskabelige forklaring på brugen af “5 bueminutter” i konstruktionen af en synstavle er baseret på principperne for synets struktur og funktion. Synsstyrke testes ved at måle evnen til at skelne mellem to separate punkter i synsfeltet, og denne evne er relateret til vinklen mellem disse to punkter. Ved at standardisere størrelsen af bogstaverne eller symbolerne på synstavlen, udtrykt i “5 bueminutter”, kan synsstyrken nøjagtigt og ensartet evalueres på tværs af forskellige tests og klinikker.

 

Snellen-tavlen

måler synsstyrke baseret på vinklen, hvormed de mindste detaljer på tavlen kan skelnes af øjet. På Snellen-tavlen er hvert bogstav designet til at optage en bestemt vinkel i synsfeltet, når det ses fra en given afstand. Bogstavet “E” øverst på tavlen er designet til at optage en vinkel på 5 bueminutter, når det ses fra en afstand på 3 meter. Det betyder, at tykkelsen af linjerne, der danner bogstavet “E”, optager en vinkel på 5 bueminutter ved observatørens øje, når man står 3 meter fra tavlen.

I 1862 udgav Snellen sin bogstavstavle.

Hans vigtigste beslutning var ikke at bruge eksisterende skrifttyper, men at designe specielle mål til vurdering af synsstyrke, som han kaldte optotyper. Han eksperimenterede med forskellige designs baseret på et 5 × 5 gitter. Til sidst valgte han bogstaver. Nogle andre offentliggjorde også tavler baseret på Donders’ formel, men brugte eksisterende skrifttyper i stedet for optotyper. Snellen-tavlen vandt indpas og spredte sig hurtigt verden over. En af de første store ordrer kom fra den britiske hær, som ønskede at standardisere testning af rekrutter.

Landolts brudte ring

Landolts “C” eller brudte ring er designet på Snellens 5 × 5 gitter og har kun ét detaljeelement, åbningen, som er 1 enhed bred. Den kan præsenteres i fire eller otte positioner. Der skete relativt lidt i den følgende periode. Der var forsøg på standardisering, såsom en standard fastlagt af Det Internationale Øjenråd i 1909, men sådanne dokumenter blev arkiveret og opnåede aldrig bred accept. At klinikere ikke følte et presserende behov for standardisering, kan forklares ved, at de mest almindelige anvendelser af bogstavstavler ikke kræver det. Til refraktionskorrektion er ethvert sæt mål tilstrækkeligt, da det eneste spørgsmål er “bedre eller værre?” Til screening er skelnen mellem “inden for normale grænser” og “ikke inden for normale grænser” det vigtigste. Snellens referencestandard ved den nedre grænse for normalt syn er godt placeret til screeningsformål. Ved screening er forskellen mellem 20/100 (0,2), 20/200 (0,1) og 20/400 (0,05) ubetydelig; de indikerer alle betydeligt synstab.

Efter Anden Verdenskrig steg interessen for rehabilitering af svagsynede. Man erkendte, at de fleste af dem, der blev betragtet som “industrielt blinde,” faktisk havde en vis grad af brugbart syn. I 1953 åbnede de første svagsyns-tjenester i New York på Industrial Home for the Blind og ved New York Lighthouse. I rehabiliteringskonteksten blev forskellen mellem 20/100, 20/200 og 20/400, som ikke var vigtig for screening, meget vigtig, fordi en patient med 20/200 har brug for dobbelt så meget forstørrelse som en patient med 20/100, og en patient med 20/400 har brug for dobbelt så meget igen. Det er derfor ikke overraskende, at betydelige forbedringer i klinisk måling af synsstyrke kom fra klinikere involveret i rehabilitering af svagsynede. I 1959 designede Louise Sloan, grundlæggeren af Svagsynsafdelingen på Wilmer Eye Institute ved Johns Hopkins University, et nyt optotypesæt med ti bogstaver. Hun valgte sans-serif bogstaver, samtidig med at hun bevarede Snellens 5 × 5 gitter. Hun erkendte, at ikke alle bogstaver var lige genkendelige, og foreslog derfor at bruge alle ti bogstaver på hver linje. Dette resulterer i lange linjer, hvor mange bogstavstørrelser kræver mere end én fysisk linje.

 

Sloans optotyper

Sloan designede en serie af sans-serif bogstaver, der er bredt anvendt i USA. De blev designet på baggrund af Snellens 5 × 5 gitter. Selvom vanskeligheden ved de enkelte bogstaver varierer, er den gennemsnitlige sværhedsgrad omtrent den samme som for Landolts “C”. Sloan introducerede også begrebet “M-enhed.”

Bailey-Lovie og ETDRS-tavler (Early Treatment of Diabetic Retinopathy Study)

ETDRS-tavlen implementerede layoutet fra Bailey-Lovie-tavlen med Sloan-bogstaver. Bailey-Lovie-tavlen har 4×5 bogstaver og går op til 60 M til brug ved 6 meters afstand, mens ETDRS-tavlen har 5×5 Sloan-bogstaver og går op til 40 M til brug ved 4 meters afstand. Begge følger den samme logaritmiske progression. Det Internationale Øjenråd godkendte i 1984 en “Standard for Måling af Synsstyrke”, som også inkluderer de nævnte egenskaber. Det Internationale Øjenråd anbefalede eksplicit ETDRS-protokollen som en international standard i 2002 i en rapport om “Aspekter og Grader af Synstab,” som også henledte opmærksomheden på andre aspekter af synstab ud over synsstyrke.

 

Forskellige progressioner i bogstavstørrelser

På en logaritmisk skala repræsenterer hvert trin det samme forhold (f.eks. 2-4-8-16-32); på en lineær skala repræsenterer hvert trin den samme stigning (f.eks. 2-4-6-8-10). Kun en geometrisk progression kan spænde over et bredt spektrum af værdier med lige trin hele vejen igennem. Logaritmerne af en geometrisk skala giver en lineær skala med lige trin hele vejen igennem. Eksempler er log(MAR)-skalaen og VAR-skalaen. Snellen anbefalede at reducere synsafstanden for at forbedre målingen af lavere synsstyrker. Brug af en logaritmisk skala, som opretholder samme nøjagtighed på alle niveauer, blev først foreslået af Green (1868). Det blev anbefalet af mange efterfølgende forskere, herunder Sloan og Bailey-Lovie, men blev ikke bredt anerkendt, før det blev vedtaget i ETDRS-protokollen, som nu er den de facto standard verden over.

Brugen af en logaritmisk (geometrisk) progression af stimuli stemmer overens med Weber-Fechners lov, som siger, at geometriske (proportionelle) stigninger i stimuli giver anledning til lineære stigninger i opfattelsen. Westheimer har vist, at dette også gælder for synsstyrke. Massof og Fletcher viste, at det også gælder for forholdet mellem synsstyrke og visuel (u)evne.

 

Valg af testsymboler
De fleste synsstyrketavler bruger bogstaver. For patienten giver dette en umiddelbar følelse af gyldighed, da det primære mål for de fleste patienter er at kunne læse. For øjenlægen er det let at opdage fejl, da de fleste øjenlæger kender deres tavle udenad. Anvendelsen af bogstaver retfærdiggøres dog kun, hvis man kan antage, at bogstavgenkendelse er trivielt let. ETDRS-tavlerne bruger Sloan-bogstavsættet, hvilket har gjort det til det foretrukne sæt i mange studier. Der findes mange andre bogstavsæt, herunder sæt til ikke-romerske alfabeter. For mindre læsefærdige voksne kan det være mere hensigtsmæssigt at bruge en tal-tavle. Tal-tavler kan også bruges til døve patienter, som bruger tegnsprog, da de kan svare ved at holde det tilsvarende antal fingre op.

Et alternativ er at bruge forskellige sæt symboler.

 

Internationalt anvendte symboler

 

 

Landolt C

Landolt C er blevet det foretrukne symbol til mange videnskabelige målinger. Dog anvendes det meget sjældnere i kliniske sammenhænge. Når det anvendes i tavleformat, er det sværere at opdage fejl, medmindre observatøren peger på symbolet. Men hvis man peger, som ved en enkelt præsentation, kan det påvirke testens sværhedsgrad.

Det Internationale Øjenråds standard for måling af synsstyrke fra 1984 anbefalede, at bogstavstavler på ikke-romerske alfabeter (f.eks. kyrillisk, arabisk, hindi, kanji, hebraisk) blev kalibreret i forhold til Landolt Cs for at opnå samme genkendelighed. Da ETDRS-tavlen er blevet de facto-standarden, kan kalibrering i forhold til en ETDRS-tavle også være en mulighed.

 

Tumbling Es

Tumbling E-symboler er sandsynligvis de mest anvendte symboler til at teste børn. De bruges også i vid udstrækning i udviklingslande og i lande, hvor det romerske alfabet ikke anvendes. Tumbling Es og Landolt Cs kræver en forståelse af lateralisering, hvilket kan være en udfordring for små børn og udviklingshæmmede børn. De kan præsenteres i et tavleformat eller som enkelte symboler. Når man sammenligner resultater, er det vigtigt at huske, at præsentation som enkelte symboler er en lettere test end præsentation i tavleformat.

 

Symboler, der ofte bruges i USA

HOTV-testen bruger de fire bogstaver H, O, T og V som symboler med karakteristiske former, som kan genkendes selv af børn, der endnu ikke kan læse; disse bogstaver blev valgt, fordi de ikke kræver en forståelse af lateralisering. For børn, der er generte eller har svært ved at navngive symboler, kan man bruge matchende kort, hvor barnet blot skal pege på det tilsvarende symbol.

 

Brug af billeder

Til analfabeter og førskolebørn kan man anvende billeder. Det kan være udfordrende at afgøre, om bogstaver og forskellige billeder er ækvivalente, og barnets præstation kan afhænge af, om det kender de afbillede objekter. De fleste billeder er ikke designet på Snellens 5×5 gitter. Andre er ikke korrekt kalibrerede. ISOeyes’ Eyekey og Similar er designet på Snellens 5×5 gitter. De er blevet kalibreret til at være genkendelige på niveau med Sloan-bogstaverne. Derfor er der ingen ændring i synsstyrken, når et barn skifter fra disse tegninger til bogstaver. De kan også bruges af voksne, som ikke er bekendt med det romerske alfabet.