普瑞眼科波前像差基礎(chǔ)知識(shí)科普參考PPT

1、1,上海普瑞眼科醫(yī)院,2,傳統(tǒng)概念屈光不正,離焦（近視/遠(yuǎn)視）、散光 矯正：柱鏡、球鏡 沒有儀器測(cè)量“高階”像差，即使測(cè)出，也沒辦法矯正 即使不矯正高階像差，也不影響視覺質(zhì)量(10,3,情況已經(jīng)改變,屈光手術(shù)的開展，帶來一些新的視覺問題 測(cè)量高階像差的儀器已經(jīng)出現(xiàn) 高階像差已經(jīng)可以矯正,4,5,波前相差的定義,光： 幾何光學(xué)：line 物理光學(xué)：wave,光是一種傳導(dǎo)中的電磁波,6,波前的概念,波前(wavefront)： 點(diǎn)光源向周圍發(fā)出的電磁振動(dòng)公式,在某一瞬時(shí)t ,可在振動(dòng)傳播的方向上同位相的點(diǎn),能形成一個(gè)平面，稱波陣面（wavefront）,直譯為波前,7,波前的概念,在理想成像情況下

2、,點(diǎn)光源經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)后所成的像應(yīng)是一個(gè)以理想像點(diǎn)為中心的球面理想波面,8,波前像差,波陣面是持續(xù)的等相位面，波陣面與光線的傳播方向垂直。 實(shí)際的波陣面（wavefront）和理想的波陣面之間的光程差,9,平行光線,成像,10,理想波前,變形的波前（近視,模糊成像,平行光線,11,不規(guī)則波前,理想波前,C. of Austin Roorda,平行光線,12,不規(guī)則波前,理想波前,13,像差,理想波前,14,像差的類型,色像差：多色光(或稱復(fù)色光,即由不同波長(zhǎng)的光構(gòu)成的混合光)成像時(shí),由于介質(zhì)折射率隨著光的不同波長(zhǎng)而變所引起的像差,簡(jiǎn)稱色差。 單色像差：?jiǎn)紊獬上駮r(shí)的像差。進(jìn)一步可分為球差、慧差等

3、,15,引起像差的原因,人眼并不是一個(gè)理想的光學(xué)系統(tǒng)： 像差的原因： 角膜和晶狀體的表面不理想,其表面曲度存在局部偏差 角膜與晶狀體、玻璃體不同軸 角膜和晶體的內(nèi)含物不均勻,以致折射率有局部偏差,16,我們?cè)鯓用枋鲆粋€(gè)波前,17,Fritz Zernike,1953 諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主 荷蘭物理學(xué)家 建立光學(xué)像差的數(shù)學(xué)模型,1888-1966,18,Zernike多項(xiàng)式,一組正交于單位圓上的序列函數(shù)（應(yīng)用已超過60年，表示人眼像差10年） 建立數(shù)學(xué)模型以描述波前像差數(shù)據(jù),其坐標(biāo)系統(tǒng)表達(dá)式,19,最普遍的Zernike項(xiàng),2nd 球差(離焦), 柱差,3rd慧差, 三葉草差,4th球面像差,20

4、,3 Dimensional View,2 Dimensional View,21,Zernike Modes,trefoil,coma,coma,trefoil,quadrafoil,secondary,spherical,2nd,3rd,4th,5th,secondary,quadrafoil,pentafoil,secondary,secondary,secondary,pentafoil,secondary,defocus,astigmatism,astigmatism,astigmatism,astigmatism,trefoil,trefoil,coma,coma,Conventi

5、onal Refraction,Higher Order Aberrations,22,各個(gè)像差對(duì)成像質(zhì)量的影響,coma,coma,2nd,3rd,4th,5th,23,像差的表示方法 RMS (Root Mean Square,1) Zernike-RMS 2) WF-RMS,1) Zernike-RMS = 1/n * (ai)2 where ai = Zernike-coefficients,2) WF-RMS : per definition the average height of WF over full size is zero. WF-RMS: Square the WF-

6、function. The average height of WF 2 over full size is the WF-RMS,24,瞳孔大小與RMS的關(guān)系,25,像差的表示方法點(diǎn)離散函數(shù)（PSF,26,27,像差的測(cè)量,基于兩種理論: 干涉理論 光路追蹤理論,28,像差的測(cè)量,干涉理論： Twyman-Green 干涉儀：其原理是使一準(zhǔn)直光束分離,分離的光束分別從測(cè)試表面和參考表面反射后重新匯聚。只有當(dāng)兩個(gè)波面完全一致時(shí),重新匯聚的光線不會(huì)出現(xiàn)干涉的模糊邊緣,否則,邊緣干涉圖形就表現(xiàn)為不同的波前像差圖形。 由于人眼穩(wěn)定性和難以重構(gòu)參考表面,用干涉理論測(cè)量像差的方法在生理光學(xué)很少應(yīng)用,29

7、,像差的測(cè)量,光路追蹤理論： 整合進(jìn)入人眼瞳孔的陣列光線斜率，重現(xiàn)波前像差平面，建造波前像差儀,30,像差的測(cè)量,Hartmann-Schack , 出射型光學(xué)像差儀 客觀型像差儀、將測(cè)量光路透射到眼底形成點(diǎn)后，由點(diǎn)光源反射光形成的波前，經(jīng)過一系列小鏡片，分析每個(gè)小鏡片上的聚焦點(diǎn)與理想狀態(tài)的偏離程度，計(jì)算出相應(yīng)的波前像差。 Alcon Summit 自動(dòng)角膜個(gè)性化測(cè)量?jī)x,博士倫的Zyoptics 系統(tǒng)和Aescu-lap Meditec WOSCA 以及LaserSight Tsherning , 視網(wǎng)膜像型像差儀, 如WaveLight 和Schwind 公司的像差儀,Tracey 公司的視網(wǎng)膜光線追跡儀。 Scheiner-Smirnov ,入射可調(diào)式屈光計(jì), 如Emory 視覺矯正系統(tǒng)、日本尼德克的OPD 掃描系統(tǒng),31,Hartmann-Shack 像差計(jì),入射光波,透鏡系統(tǒng),激光束,32,Hartmann-Shack 像差計(jì),33,微型透鏡列陣對(duì)空間的波前扭曲進(jìn)行取樣 (Hartmann-Shack,34,客觀型像差儀：將測(cè)量光路透射到眼底形成點(diǎn)后，由點(diǎn)光源反射光形成的波前，經(jīng)過一系列小鏡片，分析每個(gè)小鏡片上的聚焦點(diǎn)與