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Propietà ottiche e meccaniche dei mezzi ottici _ WHO report on vision 2019

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Abstract

Per rendere più attuale il lavoro di ricerca sulle: “Proprietà dei mezzi ottici”, abbiamo

deciso di far partire questo elaborato da un documento che riveste un'importanza

storica ma soprattutto clinica sulle condizioni visive dell’intero globo. Nel 2019 la

World Health Organization (Organizzazione Mondiale della Sanità) pubblica un report

su quali sono le grandi problematiche che affliggono il mondo a livello visivo. Da

questa attenta e precisa fotografia che descrive la visione di tutta la popolazione del

pianeta, ci siamo interrogati e posti delle domande riguardanti il nostro settore: otticooptometrico.

Abbiamo cercato di rispondere nel modo più critico e scientifico

possibile, seguendo sempre un iter logico basato su grafici e teorie consolidate della

scienza dell’ottica oftalmica.

Perché la visione va garantita?

Prima di analizzare l'argomento è doveroso capire e sottolineare come sia importante

la vista. Fra i cinque sensi quello della visione è il più dominante, poiché riveste un

ruolo di fondamentale importanza nell’arco vitale di ognuno di noi.

Appena nati, le capacità di ricognizione facciale sono il primo mezzo di comunicazione

tra il neonato e i genitori. Dall'infanzia all’adolescenza la vista gioca un ruolo critico

nell'apprendimento e nell’integrazione sociale, dalle scuole agli sport; un ragazzo che

non vede è penalizzato 1 . Anche per gli adulti, la visione diventa un punto cardine che

va ad assimilarsi col mondo del lavoro e di conseguenza assume connotati di

importanza economica. Con l’avvento dell’anzianità, le capacità visive acquisiscono un

valore aggiunto, la vista permettere di mantenere i contatti sociali e la propria

indipendenza, per giunta è stato dimostrato come l’acuità visiva è in stretta

correlazione con il benessere personale e la salute mentale 2 .

Nei paesi in via di sviluppo e nei

bassi e medi ceti sociali di tutto

il mondo, si riscontrano ad oggi

notevoli problematiche

riguardanti la salute oculare.

Fin quando queste differenze

sanitarie non saranno colmate,

ci troveremo davanti a una

grande problematica umanitaria

non solo a livello sanitario ma di

carattere sociale, economico e

culturale.

Se invece allarghiamo il campo

d’indagine nell’ipovisione e

cecità i problemi aumentano in

maniera esponenziale. Nel 2015

è stato stimato che la potenziale

perdita di produzione globale a

carico della miopia non corretta

è di $244 miliardi US , una

quantità di denaro che supera il

costo stesso della correzione

dell’errore refrattivo che a

livello medio è di $202 miliardi

US annui in tutto il pianeta 3 .

“Quando un paese non vede

si hanno problematiche

sociali, culturali e

economiche”

School children, Sierra Leone


Come vede il mondo?

Tutti almeno una volta nella vita ci siamo trovati o ci troveremo davanti a una

patologia oculare o a un qualsiasi altro problema visivo. Da bambini è comune

contrarre una semplice congiuntivite, oggi giorno è diventato usuale indossare un

occhiale da vista per correggere un difetto visivo o se vivremo a lungo tutti andremo

incontro al fenomeno fisiologico della presbiopia. I difetti visivi è le patologie oculari

sono all’ordine del giorno in tutte le parti del pianeta. La principale domanda che oggi

sorge è capire come vede l’umanità e analizzare quali sono le principali cause di

ipovisione o cecità.

Seppur fare una stima valutativa della acuità visiva nel mondo è un’impresa ardua a

livello statistico, la WHO ha cercato di quantizzare le problematiche legate alla visione

a livello globale, in base alla letteratura medica e le ricerche fatte fino ad ora.

2,6 miliardi a

con miopia

196 milioni c

con maculopatia degenerativa

legata all’età

312 milioni

Sotto i 19

anni

1,8 miliardi b

con presbiopia

In questa ricerca abbiamo voluto inserire le tre principali cause di perdita della visione

a. miopi nel 2020, secondo: “Global prevalence of

myopia and high myopia and temporal trends from

2000 through 2050.”

b. presbiti nel 2015, secondo: “Global prevalence of

presbyopia and vision impairment from uncorrected

presbyopia: systematic review, meta-analysis, and

modelling.”

c. persone affette da ARMD nel 2020, secondo: “Global

prevalence of age-related macular degeneration and

disease burden projection for 2020 and 2040: a

systematic review and” meta-analysis.”


Seppure questo è un quadro parziale con una determinata percentuale di errore, ci

fornisce una fotografia dall’alto delle condizioni visive del pianeta. Un'altra ricerca

particolarmente importante è quella svolta dal The Lancet Global Heart 4 che ci descrive

un dato statistico più preciso su quante persone soffrono di problemi visivi che induco

a ipovisione e anche a cecità. Secondo lo studio al mondo ci sono all’incirca 2,2

miliardi di persone che hanno problematiche visive debilitanti, tra queste ci sono 1

miliardo di pazienti che hanno patologie o difetti visivi che potrebbero essere

prevenuti o tratti.

Presbiti non corretti 826 milioni

Errori refrattivi non corretti

123,7 milioni

Cataratta 65,2 milioni

Glaucoma 6,9 milioni

Opacità corneali 4,2 milioni

Retinopatia diabetica 3 milioni

Facendo un focus sui presbiti, notiamo che una stragrande fetta della popolazione non

riceve cure necessarie per compensare il difetto visivo o ha una gradazione non

adeguata.

Si nota subito come paesi

orientali come il Sud Est asiatico,

l’Oceania e il Sud dell’Asia hanno

una elevata presenza di presbiti

non corretti o con una non

adeguata correzione, questa fetta

di popolazione rappresenta lo

80% di presbiti non corretti al

mondo 5 . Questi dati statistici

sono stati correlati all’elevato

tasso di popolazione e alle lunghe

aspettative di vita.

Fonte: Adapted from: Flaxman SR, Bourne RRA, Resnikoff S, Ackland P, Braithwaite T,

Cicinelli MV, et al. Global causes of blindness and distance vision impairment 1990–

2020: a systematic review and meta-analysis. The Lancet Global Health.

2017;5(12):e1221–e34


“Si stima che la necessità globale di

insoddisfatta correzione

della presbiopia nel 2015 sia del

45%” 5

Quanto è profondo il divario?

È evidente agli occhi di tutti che esiste un profondo

divario tra i paesi industrializzati e quelli in via di

sviluppo, anche nel ramo della visione.

La grande sfida della WHO parte da questo

abisso di differenza fra chi può

permettersi di vedere il mondo e chi non

ha le opportunità per farlo. Ma la

visione non è una qualità elitaria, è un

diritto che va garantito a ogni essere

umano. La profondità di questo immenso

divario che c’è fra chi possiede la vista e chi

non ce l’ha è pari a $14 miliardi US.

L’organizzazione mondiale della sanità ha

garantito che con quella quantità di denaro

si potrebbe riequilibrare la situazione

globale, combattendo tutte quelle dinamiche

della compromissione della vista a livelli

moderati o drastici per tutte le cause

preventivabili o trattabili. Infatti con un investimento

finanziario di quella portata si potrebbero trattare la stragrande parte degli errori

refrattivi non corretti e le cataratte a livello globale.

“$14 miliardi per

donare la vista a

chi non può

permettersela”

Operazioni di cataratta $6,9

Errori refrattivi non coretti $7,4


Le esigenze sono tutte uguali?

Globalmente i bisogni visivi sono diversi in base ad aree geografiche, poiché mutano:

le caratteristiche etniche, l’età media, e i modi di vivere che variano da zona in zona.

I deficit visivi delle popolazioni sub-africane cambiano rispetto agli isolani

indonesiani, gli abitanti di Tokyo svilupperanno una visione diversa rispetto alle

popolazioni indigene del Brasile.

Da qui nascono le nostre domande: “Come dovranno essere spesi i $7,4 miliardi di

dollari preventivati da WHO per correggere i vizi refrattivi nel mondo? Il materiale

oftalmico deve essere uguale in tutto il globo? Potremmo dare la stessa lente oftalmica

a popolazioni totalmente diverse fra loro?”

“Potremo

dare

a tutto il

mondo

le stesse

lenti?”

Thai child, Myanmar


UV e Cataratta

Tutti i popoli equatoriali e sub equatoriali convivono quotidianamente con una

continua esposizione a raggi UV-B 6 . La tipologia di questi raggi ultravioletti è fra i

principali fattori di rischio per lo sviluppo di cataratte corticali. Se pur la WHO ha

preventivato una somma ben precisa per le operazioni di cataratta nel mondo, alcuni

paesi non hanno neanche le strutture ospedaliere necessarie per affrontare tali

interventi. Un esempio lampante ci viene fornito da dati riguardanti il CSM “Cataract

Surgical Rate” (tasso di operazioni di cataratta), questo dato ci fornisce il numero

d’interventi eseguiti per milione d’abitanti. Paesi come: la Costa D’Avorio, il Congo o

la Liberia hanno il CSM più basso al mondo sotto le 157 unità. Approssimativamente il

50% delle popolazioni in via di sviluppo vivono a più di un’ora da una città, questo

dato assume un’importanza rilevante sull’accessibilità della cura oculistica di queste

popolazioni 7 . Per paesi del genere e tutto il Centrafrica le manovre di prevenzione

possano essere più rapide e anche meno costose.

È fondamentale proteggersi dai raggi UV e per farlo bisogna fare uso di una protesi

oftalmica.

Grafico del CSM nel 2004 in Africa


Per queste tipologie di esigenze sono consigliati tutti quei materiali che hanno una

bassa trasmittanza nello spettro degli UV che va dai 100 nm ai 380 nm.

E’ definito fattore o coefficiente di trasmissione o trasmittanza di un materiale,

per ogni lunghezza d’onda T(), la seguente espressione:

T() = e /

È usuale esprimere la trasmittanza specialmente nei grafici in valore percentuale T%

“la trasmittanza indica quindi il rapporto, per ogni lunghezza d’onda, tra il

flusso che il materiale trasmette rispetto a quello che riceve”

Per fare un calcolo preciso della trasmittanza si usano strumenti come lo

spettrometro

In queste curve di trasmittanza si può notare come cambia il coefficiente T% al

variare del materiale e anche della colorazione della lente

Fonte: VisionCare Journal, “I filtri solari”, Dr. Luigi Mele.


Un altro modo per aumentare la protezione dei nostri occhi è giocare con un altro

parametro fondamentale delle proprietà dei mezzi ottici cioè la riflettanza

E’ definito fattore o coefficiente di riflessione o riflettanza di un materiale, per

ogni lunghezza d’onda (), la seguente espressione:

() = r / i

È usuale esprimere la trasmittanza specialmente nei grafici in valore percentuale %

“la riflettanza indica quindi il rapporto, per ogni lunghezza d’onda, tra il

flusso che il materiale riflette rispetto a quello che riceve”

Se si rimane nei termini dell’ottica gaussiana si può calcolare la riflettanza tramite

la formula di Fresnell:

= (n – 1 )2 / (n + 1)2*

*Questa formula vale per un solo diottro e n rappresenta l’indice di rifrazione assoluto

Per aumentare

la riflettanza di

una lente si

può applicare

un

trattamento di

specchiatura

che non solo

filtrerà i raggi

UV ma li

rimanderà

indietro.

La variabile che

garantisce la

protezione dei

filtri

per l’occhialeria

da sole è chiamata

trasparenza ed è

una proprietà

ottica legata alle

impurità della

lente.

Fonte: direttiva europea filtri solari, norma ISO 14889


Tutte le popolazioni che vivono in prossimità dell’equatore non solo devono

proteggersi dalla radiazione ultravioletta ma devono pure convivere con le altre

temperature subtropicali. Il calore è una proprietà meccanica che influisce sui

mezzi ottici. Se una lente infatti è sottoposta a sollecitazione termica si assiste a una

variazione delle sue dimensioni, per capire come reagisce un materiale al calore

bisogna osservare il proprio coefficiente di dilatazione termica.

È definito coefficiente di dilatazione termica lineare di un materiale:

Cdil = l / (l0.t)

ossia l’allungamento per unità di lunghezza e di temperatura.

L’impatto dei traumi

Un’altra problematica che non può essere trascurata è la pericolosità dei traumi

oculari, purtroppo l’osservazione dell’incidenza di questi sfortunati eventi è

veramente difficile da monitorare a livello globale, a tal proposito ci siamo focalizzati

sull’incidenza di quest’incidenti a livello nazionale. Da uno studio epidemiologico

condotto dalla Sapienza di Roma su: “I traumi oculari contusivi e perforanti”. 8 Su un

campione di dati raccolto dal 2007 al 2010 al pronto soccorso oculistico del Policlinico

Umberto I di Roma, si registrano 30.000 accessi alla struttura sanitaria per traumi

oculari. Con una media di 80 accessi quotidiani, i traumi oculari costituiscono il

35% delle visite d’emergenza al pronto soccorso.

Fonte: macrotraumi oculari del pronto soccorso del Policlinico Umberto I di Roma, dal 2007 al 2010.


I traumi più pericolosi, quelli che richiedono un’ospedalizzazione, si nota dal grafico

sopra citato che hanno diversa natura. Predominano gli incidenti sportivi, lavorativi e

domestici. Si riscontrano diversi quadri clinici dopo un trauma contundente oculare:

corpi estranei corneali, abrasioni corneali, corpi estranei congiuntivali e ustioni

chimiche della cornea.

Se pur lo 82% dei ricoverati recupera una buona acuità visiva (LgMAR compreso tra

0,5 e 1) la restante parte diventa ipovedente o ceca.

“In quasi 1

traumatizzato

su 5

permangono

esiti

permanenti

piuttosto

gravi e

invalidanti”

Hong Kong, after eye surgery

È impensabile azzerare la traumatologia oculare, però è possibile ridurla mediante

delle specifiche protesi ottiche che abbiano un’elevata resistenza agli urti.

Le lenti oftalmiche sono delle ottime protesi visive che ci agevolano nella nostra

quotidianità, ma contemporaneamente potrebbero mettere a rischio la nostra

incolumità poiché si potrebbero frantumare sui nostri occhi. La resistenza agli urti è

un parametro fisico fondamentale che è strettamente collegato alla sicurezza

dell’occhiale. Un ottico-optometrista deve saper consigliare la tipologia giusta di lente

in base all’attitudine e le esigenze del portatore.

USA, Surgeon wearing a mask


Materiale

Vetro laminato

Vetro non temperato

Vetro temperato termicamente

CR-39 1.6 (con strato indurente) 9

PMMA

Nikon 1,67 (con strato indurente) 9

CR-39

Trivex (con strato indurente) 9

Policarbonato (con strato indurente)

Policarbonato (senza strato indurente)

Velocità

43 km/h

43 km/h

65 km/h

113 km/h

122 km/h

156 km/h

176 km/h

189 km/h

547 km/h

878 km/h

Del materiale da testare viene

ricavato un provino di forma

rettangolare e dello spessore di 2

mm, che poi viene bloccato in

appositi morsetti. Viene sparata,

con cannoncino pneumatico, una

sferetta di acciaio di 6 mm di

diametro: la resistenza all’urto del

materiale è determinata dalla

velocità che la pallina deve avere

per frantumare o sfondare il

provino

Quando si consiglia una lente secondo dei parametri di sicurezza bisogna anche capire

se quella lente è dotata di strato indurente o meno. Questa ulteriore lavorazione

favorisce la rottura del mezzo ottico ma ne aumenta la resistenza all’abrasione.

Si predilige fare questo trattamento sulle lenti organiche, la motivazione per cui la

resistenza agli urti diminuisce è dovuta al fatto che le lenti che ricevono questa

tipologia di trattamento,

hanno uno strato

superficiale più cristallizzato

che fa perdere la struttura

amorfa del materiale con

conseguente infragilimento.

Per valutare la resistenza

all’abrasione di un materiale

esistono diverse tecniche ma

essenzialmente si basano su

un unico principio,

analizzare la trasmittanza

prima e dopo l’abrasione.

Se pur in presenza minore,

nello studio del Policlinico Umberto I di Roma, si riportano dei traumi di natura

caustica con conseguente ustione chimica della cornea. Fra le proprietà meccaniche di

una lente oftalmica rientra pure la resistenza all’aggressione chimica. Di

quest’ultima caratteristica del mezzo ottico si valuta quanto materiale si è perso dopo

una settimana di infusione in una soluzione acida diluita al 10%.

L’epidemia di miopia

La Word Healt Organisation non ha soltanto scattato una fotografia sulla salute

oculare del pianeta, ma ha anche fatto delle previsioni e calcolato dei pronostici di

quello che succederà da qui a dieci anni. Partendo dagli studi su l’aumento demografico

globale si è notato che il settore della vista deve essere pronto a sostenere una

imponente impresa di salute pubblica. Nel 2030 le persone al di sopra i 60 anni

passeranno da 962 milioni (2017) a 1,4 miliardi e gli over 80 raggiungeranno i 202


milioni 10 . Sarà dovere degli specialisti della visione venire incontro alle problematiche

che emergeranno, come ad esempio i 2,1 miliardi di presbiti che saranno presenti nel

2030 un incremento del 17% rispetto al 2015 11 . L’incremento senile globale e correlato

all’aumento dell’aspettativa di vita, di conseguenza si assisterà ad un aumento di

patologie fisiologiche legate all’invecchiamento. Senza dubbio l’attenzione degli

esperti è ricaduta su patologie come: il glaucoma e la degenerazione maculare legata

all’età 12 13 .

Fonte: WHO report on vision, page 60 figure 2.6

Il mutamento delle capacità visive non riguarda soltanto le fasce d’età più anziane,

proprio tra gli individui più giovani si sta registrando un silente aumento esponenziale

della miopia. L’incremento repentino dei miopi nel mondo a portato diversi studiosi a

parlare di epidemia globale di miopia. Si stima che da 2,62 miliardi nel 2020

aumenteranno 3,36 miliardi nel 2030 fino a toccare i 4,75 miliardi nel 2050. Di

conseguenza i più a rischio sono chi sviluppa miopie elevate poiché più propensi ad

andare incontro a perdita della vista per patologie oculari come il distacco di retina 14 .


Si sconosce una precisa eziologia della miopia, la componente genetica è quella che

pesa di più specialmente sullo sviluppo di alte miopie, ma non basta a spiegare il

drastico aumento di miopi che si sta osservando.

Seppure questo incremento caratterizza di più le popolazioni orientali 15 , la

miopizzazione viene registrata in tutte le parti del mondo, ciò conferma la teoria che

esistono dei fattori di rischio esterni o ambientali. Da un decennio a questa parte c’è

stato un cambio radicale delle abitudini e degli stili di vita, inseguito ai processi di

globalizzazione e l’avvento dello IoT (internet of thing), gli smartphone, computer e

tutti i devices tecnologici riscuotono un’importanza fondamentale nell’arco della

giornata di tutti noi, dal lavoro allo svago sono diventati parte integrante della nostra

quotidianità. Ciò ha fatto aumentare il tempo trascorso nei luoghi chiusi e ha intaccato

le attività all’aperto, mutando le nostre abitudine visive, portandoci sempre più a un

approccio di visione ravvicinata. L’eccesso di sforzo accomodativo e l’aumento del

tempo negli spazi chiusi possono favorire lo sviluppo di miopia, se pur in minima parte

e alle volte avendo poco significato clinico nella ricerca 16 .

Naturalmente i giovani essendo più affini con le nuove tecnologie sono più propensi a

sviluppare miopia.

Fonte: Global Prevalence of Myopia and High Myopia and Temporal Trends from 2000 through 2050

Il progresso scientifico nel ramo della

prevenzione della miopia ha aumentato

le ricerche negli ultimi decenni. Dalle

industrie oftalmiche e farmaceutiche al

settore della contattologia si sta

osservando come le aziende siano più

attente al processo di progressione

miopica specialmente nei bambini 17 .

Area 2020 2030 2050

Europa Centrale 34,6 % 41,8% 54,1%

Nord America 42,1% 48,5% 58,4%

Asia-Pacifico 53,3% 58% 66,4%

Asia Orientale 51,6% 56,9% 65,3%

Oceania 9,1% 12,5% 23,8%

Globale 33,9% 39,9% 49,8%


Ma si evince dai recenti studi epidemiologici che il processo di miopizzazzione è già in

corso nelle generazioni odierne e che fra 30 anni ci sarà una prevalenza globale di

miopi intorno al 49% negli adolescenti di oggi. Questo dato allarmante deve fare

riflettere e preparare il settore della visione, se da una parte la ricerca sta investendo

e finanziando sulla prevenzione, dall’altra parte bisogna essere pronti a garantire

nel migliore dei modi la visione a tutti i miopi che verranno.

“Bisogna

essere pronti

a fronteggiare

l’ingente

numero di

miopi dei

prossimi anni”

Le lenti oftalmiche rappresentano la protesi visiva più versatile e immediata per

affrontare questa sfida di sanità pubblica, necessitando soltanto di una montatura

posso essere distribuite in tutte le parti del mondo indipendentemente dalle condizioni

igieniche sanitarie. Bisogna analizzare quali sono le caratteristiche ottiche che si

possano adattare al meglio all’impresa della correzione globale della miopia.

Senza dubbio una lente oftalmica per essere chiamata tale deve garantire delle

caratteristiche di isotropia (presenta uguali caratteristiche fisiche

indipendentemente dalla direzione considerata in ogni sua parte) e omogeneità (le

proprietà fisico-chimiche sono uguali in ogni sua parte).

La proprietà più caratterizzante in ogni mezzo ottico è l’indice di rifrazione.

Si definisce indice di rifrazione assoluto n di un mezzo ottico: il rapporto

costante fra il seno dell’angolo d’incidenza i e il seno dell’angolo rifratto r.

n=sen i/sen r

L’indice di refrazione rappresenta una variabile cardine per l’ottico-optometrista

da cui partono le diverse valutazioni nella scelta di un materiale oftalmico.


Quando un fascio policromatico attraversa un mezzo ottico si prendono tre indici

refrattivi fondamentali secondo Fraunhofer:

nf -> indice per le lunghezze d’onda del blu idrogeno (486,13 nm)

nd-> indice per le lunghezze d’onda del giallo sodio (589,29 nm)

nc-> indice per le lunghezze d’onda del rosso idrogeno (656,27 nm)

questi tre indici servono a calcolare due parametri ottici importanti la dispersione e

la rifrangenza.

La dispersione equivale alla differenza fra gli indici del blu nf e del rosso nc

nf – nc= dispersione

mentre la rifrangenza è la differenza fra l’indice del giallo nd e l’indice dell’aria 1

nd – 1= rifrangenza

il rapporto fra la dispersione e la rifrangenza corrisponde al numero di Abbe di

un mezzo ottico

v= (nf – nc)/(nd – 1)

Con il numero di Abbe si valuta la bontà ottica o qualità ottica di una lente.

Data la portata di richiesta di lenti negative che il mondo dell’ottica dovrà soddisfare

bisogna trovare un giusto ed equo compromesso di tutte le caratteristiche ottiche e

meccaniche. Considerando tutte le proprietà citate in questa ricerca, evidenziamo che

il CR-39 modificato con indice di rifrazione 1,6 possa essere il materiale adatto o

che per la stragrande maggioranza possa soddisfare le esigenze di una grossa fetta di

miopi. La versatilità di questo materiale consente di lavorare su basse e medie miopie

e data la sua alta resistenza agli urti gli permette di essere un materiale longevo nel

tempo, ad avvantaggiare la durata del 1,6 è anche il su fattore di assorbimento che

può andare dai 350 ai 400 nm. Avere un alto valore di assorbanza non è solo

fondamentale per la protezione degli occhi ma ci fornisce un dato su quanta luce

assorbirà la lente e come s’ingiallirà nel tempo.

Conclusioni

Con questa ricerca si è voluto indicare che ogni lente ha un fine che varia in base a dei

fattori esterni e soggettivi. Le problematiche riguardati la salute oculare sono varie e

numerose nel mondo, le principali cause di cecità nel mondo sono prevenibili e c’è una

stragrande parte di quest’insieme che potrebbe riacquisire il dono della vista grazie a

una semplice lente oftalmica. Diventa un dovere professionale e morale di ogni

specialista impegnarsi sempre di più per abbassare questo divario e cercare di

prevenire nel migliore dei modi le future problematiche visive che colpiranno il

pianeta da qui ai prossimi decenni.

Matteo Paglia


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