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詳解“波前像差”

作者:東譜科技 瀏覽: 發表時間:2018-08-30 09:00:00 來源:光電資訊

定義

波前像差即是由實際波前和理想的無偏差狀態的波前之間的偏差來定義。光線是一個行進的電磁波,波前是光波的連續性的同相表面,因此,波前是一個面而不是一條線。在沒有像差時,進入人眼的波前可以很好的在視網膜上會聚成一個焦點,波前像差即是由實際波前和理想的無偏差狀態的波前之間的偏差來定義。 人眼存在的像差有低階像差和高階像差。低階像差包括近視、遠視、散光;高階像差包括球差、彗差、不規則散光等。

分類

1.傳統光學

(1)單色像差:由單色光成像時產生的像差,包括球差、彗差、像散、像場彎曲與畸變。其中球差和彗差發生於對軸上和靠近軸的點狀粗光束成像的光學系統中,稱軸上像差;像散、像場彎曲和畸變發生於遠離光軸的物體成像的光學系統中,稱軸外像差。

(2)色像差:多色光(即由不同波長的光構成複合光)成像時,由於介質折射率隨光的不同波長而改變所引起的像差。

2.現代概念

近年來,隨著技術的發展,不僅可以測量一些經典的像差,如球差、彗差等,還可以再現一些非常規的更高階像差。

低階像差(10w order aberration):指第1、2階像差。概括地說,是指離焦、散光等傳統屈光問題。第1階像差是指x、Y軸的傾斜。第2階像差包括離焦和0°與45°方向的散光三方面內容。

高階像差(high order aberration):第3階及其以上像差。指不規則散光等屈光系統存在的其他光學缺陷。高階像差的每一階各包括許多項,每一項代表不同的內容。例如:高階像差第三階包括彗差、三葉草樣散光等4項內容。第4階不僅包括球差,還涉及更多項不規則散光等內容。越高階,像差內容越複雜。一些研究顯示,不同像差內容對人眼視覺功能影響不相同,但有些項的真正光學含義與視覺功能之問的關系尚需進一步研究探討。

測量法

自1961年Smirnov等首次應用主覺檢測技術測量出人眼像差以來,特別是在過去的十年測量技術有較大的突破後,出現了許多種類的像差測量儀。目前,均是應用光線追蹤原理(ray-tracing),基本分客觀式測量方法和主觀式測量方法(心理物理學方法)兩大類。

1.客觀式測量法

通過貫穿入瞳的列陣光線斜率的整合重現像差。

(1)以Hartman—Shack原理為基礎的出射型光學像差儀:通過測量聚焦於系列鏡片光線上每點離焦程度顯示像差。

(2)Tscherning原理為代表的入射型光學像差儀:應用視網膜格柵照相術,將視網膜每點成像與理想成像的位移予以記錄並計算。

(3)光學路徑差異型(optical path difference,OPD):將出瞳處任一點(x,y)的光線長度與瞳孑L中心的光線長度比較。通過測量光學路徑長度的差異計算出像差。

2.主觀式測量法

設計原理是假設眼睛處於衍射的極限並聚焦於無限遠之點光源處,光線通過瞳孔的不同區域進入眼內。如無像差存在,應聚焦於視網膜同一點。通過測量光線在瞳孔的位移而計算出該點的像差。

基本結構包括測試通路、瞳孑L監視通路、固視通路及屈光控製通路。該方法無須散瞳,準確性好,不受輕度屈光間質混濁的幹擾,但需要被檢者的合作。

用途

部分人驗光配鏡後,視力達不到理想效果,這是由於傳統驗光儀器無法對眼睛的像差進行測量,同時對於人眼像差對視力影響的認識也不足。波前像差儀能夠替代傳統的驗光儀器,成為新一代的驗光儀器,這是像差儀產品在視光學領域的延伸及發展趨勢。波前像差儀可作為視力常規檢查儀器,能夠對接觸鏡配戴後眼睛光學質量進行準確描述,評價效果並依此定製接觸鏡;在用於兒童波前像差的早期檢查,對兒童近視眼的早期防治具有重要意義。

波前像差儀可以用於研究人眼空間視力的單色像差效果,研究眼睛調焦對像差的影響,研究屈光度的變化對像差的影響,研究角膜和晶狀體像差產生的根源以及視銳度、視力辨別率、近視眼形成與像差的關系等。

波前像差儀為在臨床應用上真正實現像差儀與準分子激光個性化切削手術的完美結合.引導激光進行角膜切削。主要技術創新之處在於:實現波前像差儀與準分子激光治療機的直接連接,測完像差之後可以馬上在1500Hz高速跟蹤頻率下進行準分子激光個性化超小光斑飛點式切削,消除人眼像差,使激光矯正後的人眼視力達到理想程度,成功的將波前像差引導準分子激光個性化切削術矯正人眼視力達到一定的水平。

波前像差儀

波前像差儀可以用作眼科臨床對眼病的早期診斷,將會成為眼科臨床中一種新的常規檢查儀器。

波前像差圖可直接用於指導激光對病人的眼睛進行個性化手術以達到對人眼光學系統缺陷的理想矯正;波前像差測量可以對屈光(近視)手術 、白內障手術、青光眼手術、角膜移植手術等愈後效果作出準確的評價。

部分人驗光配鏡後,視力達不到理想效果,這是由於傳統驗光儀器無法對眼睛的像差進行測量,同時對於人眼像差對視力影響的認識也不足。波前像差儀能夠替代傳統的驗光儀器,成為新一代的驗光儀器,這是像差儀產品在視光學領域的延伸及發展趨勢。

波前像差儀可作為視力常規檢查儀器,能夠對接觸鏡配戴後眼睛光學質量進行準確描述,評價效果並依此定製接觸鏡;

在用於兒童波前像差的早期檢查,對兒童近視眼的早期防治具有重要意義。

波前像差儀可以用於研究人眼空間視力的單色像差效果,研究眼睛調焦對像差的影響,研究屈光度的變化對像差的影響,研究角膜和晶狀體像差產生的根源以及視銳度、視力辨別率、近視眼形成與像差的關系等。

為在臨床應用上真正實現像差儀與準分子激光個性化切削手術的完美結合,蘇州六六視覺科技股份有限公司聯合美國新英格蘭視光學院、上海複旦大學醫學院眼耳鼻喉科醫院、南京航空航天大學進行準分子激光人眼像差矯正系統項目的開發。

項目的主要研究內容及擬解決的技術難點是波前像差測出的結果轉換為準分子激光手術可利用的數據,引導激光進行角膜切削。主要技術創新之處在於:

提出波前像差引導準分子激光個性化切削術矯正人眼波前像差的概念;首次采用主觀式波前像差儀測量人眼像差;實現波前像差儀與準分子激光治療機的直接連接,測完像差之後可以馬上在1500Hz高速跟蹤頻率下進行準分子激光個性化超小光斑飛點式切削,消除人眼像差,使激光矯正後的人眼視力達到理想程度。

起初,波前像差技術本是一項天文學技術,主要用來糾正太空望遠鏡的像差問題,以便能更清晰地觀測到更遠距離的星球。當波前像差技術應用於眼科後,才與我們的生活變得息息相關,也給十數億近視眼患者帶來了福音。

然後,波前像差技術可以清晰顯示患者的Waveprint,一種獨特的“眼睛指紋”。這項劃時代的精確測量技術可以測量整個視路的像差,而不僅僅是瞳孔表面的光折射,可以在整個視路範圍內對像差進行量化檢查。還可同時測量球柱屈光病變及像差,提供了一種以往用標準測量屈光的方法無法實現的新的精度。

現在,像差測量結果通過AcuityMap和Hi order aberration map的像差直觀圖像顯示,為術前診斷預測和術後評價對比提供了不可或缺的寶貴信息。這些像差測量信息以及常規的LASIK術前檢測信息彙總在一起,傳輸入準分子激光設備,可以減少術中激光偏中心切削,角膜切削面不平滑,切削面太小、切削太深,切削斜率太大等等因素所引起的術後像差增加的主要原因,使個性化切削達到一個新的高度。

運用波前像差技術有三個方面的優勢:

一是可以矯正已有的像差;

二是可以避免傳統LASIK手術可能造成的新像差;

三是通過前兩點,可有效提高視覺質量,避免像差造成的術後視力下降。

此外,如果存在明顯的高階像差,就需要配合波前像差檢查數據進行手術,以免術後不能獲得滿意的視覺質量,或者因高階像差的存在而導緻新的近視發生;如果不存在明顯的高階像差,那麼接受傳統的LASIK手術也未嚐不可。


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