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光学大杂烩

详解“波前像差”

时间:2018/7/18 21:05:21   作者:郑士利   来源:正势利   阅读:428   评论:0
内容摘要:定义波前像差即是由实际波前和理想的无偏差状态的波前之间的偏差来定义。光线是一个行进的电磁波,波前是光波的连续性的同相表面,因此,波前是一个面而不是一条线。在没有像差时,进入人眼的波前可以很好的在视网膜上会聚成一个焦点,波前像差即是由实际波前和理想的无偏差状态的波前之间的偏差来定义。人眼存在的像差有低阶像差和高阶像差。低...

定义

波前像差即是由实际波前和理想的无偏差状态的波前之间的偏差来定义。光线是一个行进的电磁波,波前是光波的连续性的同相表面,因此,波前是一个面而不是一条线。在没有像差时,进入人眼的波前可以很好的在视网膜上会聚成一个焦点,波前像差即是由实际波前和理想的无偏差状态的波前之间的偏差来定义。 人眼存在的像差有低阶像差和高阶像差。低阶像差包括近视、远视、散光;高阶像差包括球差、彗差、不规则散光等。

分类

1.传统光学

(1)单色像差:由单色光成像时产生的像差,包括球差、彗差、像散、像场弯曲与畸变。其中球差和彗差发生于对轴上和靠近轴的点状粗光束成像的光学系统中,称轴上像差;像散、像场弯曲和畸变发生于远离光轴的物体成像的光学系统中,称轴外像差。

(2)色像差:多色光(即由不同波长的光构成复合光)成像时,由于介质折射率随光的不同波长而改变所引起的像差。

2.现代概念

近年来,随着技术的发展,不仅可以测量一些经典的像差,如球差、彗差等,还可以再现一些非常规的更高阶像差。

低阶像差(10w order aberration):指第1、2阶像差。概括地说,是指离焦、散光等传统屈光问题。第1阶像差是指x、Y轴的倾斜。第2阶像差包括离焦和0°与45°方向的散光三方面内容。

高阶像差(high order aberration):第3阶及其以上像差。指不规则散光等屈光系统存在的其他光学缺陷。高阶像差的每一阶各包括许多项,每一项代表不同的内容。例如:高阶像差第三阶包括彗差、三叶草样散光等4项内容。第4阶不仅包括球差,还涉及更多项不规则散光等内容。越高阶,像差内容越复杂。一些研究显示,不同像差内容对人眼视觉功能影响不相同,但有些项的真正光学含义与视觉功能之问的关系尚需进一步研究探讨。

测量法

自1961年Smirnov等首次应用主觉检测技术测量出人眼像差以来,特别是在过去的十年测量技术有较大的突破后,出现了许多种类的像差测量仪。目前,均是应用光线追踪原理(ray-tracing),基本分客观式测量方法和主观式测量方法(心理物理学方法)两大类。

1.客观式测量法

通过贯穿入瞳的列阵光线斜率的整合重现像差。

(1)以Hartman—Shack原理为基础的出射型光学像差仪:通过测量聚焦于系列镜片光线上每点离焦程度显示像差。

(2)Tscherning原理为代表的入射型光学像差仪:应用视网膜格栅照相术,将视网膜每点成像与理想成像的位移予以记录并计算。

(3)光学路径差异型(optical path difference,OPD):将出瞳处任一点(x,y)的光线长度与瞳孑L中心的光线长度比较。通过测量光学路径长度的差异计算出像差。

2.主观式测量法

设计原理是假设眼睛处于衍射的极限并聚焦于无限远之点光源处,光线通过瞳孔的不同区域进入眼内。如无像差存在,应聚焦于视网膜同一点。通过测量光线在瞳孔的位移而计算出该点的像差。

基本结构包括测试通路、瞳孑L监视通路、固视通路及屈光控制通路。该方法无须散瞳,准确性好,不受轻度屈光间质混浊的干扰,但需要被检者的合作。

用途

部分人验光配镜后,视力达不到理想效果,这是由于传统验光仪器无法对眼睛的像差进行测量,同时对于人眼像差对视力影响的认识也不足。波前像差仪能够替代传统的验光仪器,成为新一代的验光仪器,这是像差仪产品在视光学领域的延伸及发展趋势。波前像差仪可作为视力常规检查仪器,能够对接触镜配戴后眼睛光学质量进行准确描述,评价效果并依此定制接触镜;在用于儿童波前像差的早期检查,对儿童近视眼的早期防治具有重要意义。

波前像差仪可以用于研究人眼空间视力的单色像差效果,研究眼睛调焦对像差的影响,研究屈光度的变化对像差的影响,研究角膜和晶状体像差产生的根源以及视锐度、视力辨别率、近视眼形成与像差的关系等。

波前像差仪为在临床应用上真正实现像差仪与准分子激光个性化切削手术的完美结合.引导激光进行角膜切削。主要技术创新之处在于:实现波前像差仪与准分子激光治疗机的直接连接,测完像差之后可以马上在1500Hz高速跟踪频率下进行准分子激光个性化超小光斑飞点式切削,消除人眼像差,使激光矫正后的人眼视力达到理想程度,成功的将波前像差引导准分子激光个性化切削术矫正人眼视力达到一定的水平。

波前像差仪

波前像差仪可以用作眼科临床对眼病的早期诊断,将会成为眼科临床中一种新的常规检查仪器。

波前像差图可直接用于指导激光对病人的眼睛进行个性化手术以达到对人眼光学系统缺陷的理想矫正;波前像差测量可以对屈光(近视)手术 、白内障手术、青光眼手术、角膜移植手术等愈后效果作出准确的评价。

部分人验光配镜后,视力达不到理想效果,这是由于传统验光仪器无法对眼睛的像差进行测量,同时对于人眼像差对视力影响的认识也不足。波前像差仪能够替代传统的验光仪器,成为新一代的验光仪器,这是像差仪产品在视光学领域的延伸及发展趋势。

波前像差仪可作为视力常规检查仪器,能够对接触镜配戴后眼睛光学质量进行准确描述,评价效果并依此定制接触镜;

在用于儿童波前像差的早期检查,对儿童近视眼的早期防治具有重要意义。

波前像差仪可以用于研究人眼空间视力的单色像差效果,研究眼睛调焦对像差的影响,研究屈光度的变化对像差的影响,研究角膜和晶状体像差产生的根源以及视锐度、视力辨别率、近视眼形成与像差的关系等。

为在临床应用上真正实现像差仪与准分子激光个性化切削手术的完美结合,苏州六六视觉科技股份有限公司联合美国新英格兰视光学院、上海复旦大学医学院眼耳鼻喉科医院、南京航空航天大学进行准分子激光人眼像差矫正系统项目的开发。

项目的主要研究内容及拟解决的技术难点是波前像差测出的结果转换为准分子激光手术可利用的数据,引导激光进行角膜切削。主要技术创新之处在于:

提出波前像差引导准分子激光个性化切削术矫正人眼波前像差的概念;首次采用主观式波前像差仪测量人眼像差;实现波前像差仪与准分子激光治疗机的直接连接,测完像差之后可以马上在1500Hz高速跟踪频率下进行准分子激光个性化超小光斑飞点式切削,消除人眼像差,使激光矫正后的人眼视力达到理想程度。

起初,波前像差技术本是一项天文学技术,主要用来纠正太空望远镜的像差问题,以便能更清晰地观测到更远距离的星球。当波前像差技术应用于眼科后,才与我们的生活变得息息相关,也给十数亿近视眼患者带来了福音。

然后,波前像差技术可以清晰显示患者的Waveprint,一种独特的“眼睛指纹”。这项划时代的精确测量技术可以测量整个视路的像差,而不仅仅是瞳孔表面的光折射,可以在整个视路范围内对像差进行量化检查。还可同时测量球柱屈光病变及像差,提供了一种以往用标准测量屈光的方法无法实现的新的精度。

现在,像差测量结果通过AcuityMap和Hi order aberration map的像差直观图像显示,为术前诊断预测和术后评价对比提供了不可或缺的宝贵信息。这些像差测量信息以及常规的LASIK术前检测信息汇总在一起,传输入准分子激光设备,可以减少术中激光偏中心切削,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术后像差增加的主要原因,使个性化切削达到一个新的高度。

运用波前像差技术有三个方面的优势:

一是可以矫正已有的像差;

二是可以避免传统LASIK手术可能造成的新像差;

三是通过前两点,可有效提高视觉质量,避免像差造成的术后视力下降。

此外,如果存在明显的高阶像差,就需要配合波前像差检查数据进行手术,以免术后不能获得满意的视觉质量,或者因高阶像差的存在而导致新的近视发生;如果不存在明显的高阶像差,那么接受传统的LASIK手术也未尝不可。



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