波前像差原理及應(yīng)用

臨床視功能評(píng)價(jià)

二、波前像差儀的測(cè)量與應(yīng)用

理想的眼睛存在光學(xué)缺陷的眼睛

存在光學(xué)缺陷的眼睛

視網(wǎng)膜圖像質(zhì)量影響因素衍射散射波前像差

正常人眼:

瞳孔大于3mm未形成晶體的異常（白內(nèi)障）像差是主要影響因素人眼像差波前像差來(lái)源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；角膜和晶狀體以及玻璃體的內(nèi)含物質(zhì)不均勻，以致折射率有局部偏差。描述眼光學(xué)成像質(zhì)量的四種方法波前像差點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)(PSF)調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)視網(wǎng)膜成像描述眼光學(xué)成像質(zhì)量的方法對(duì)比度：MTF(調(diào)制傳遞函數(shù)),OTF（光學(xué)傳遞函數(shù)）形狀：PSF（點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)）像差：是基礎(chǔ)，通過(guò)波前像差計(jì)算出MTF,OTF,PSFOTF/MTF/PSF經(jīng)過(guò)光學(xué)系統(tǒng)后，對(duì)比度的損失隨空間頻率的變化叫做光學(xué)傳遞函數(shù)（OTF）光學(xué)傳遞函數(shù)的模叫做調(diào)制傳遞函數(shù)（MTF）點(diǎn)光源經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)所成的像叫做點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)（PSF）像差的表示方法－點(diǎn)離散函數(shù)（PSF）什么是波前?理想波前變形的波前（近視）模糊成像平行光線清晰成像什么是波前?不規(guī)則波前理想波前C.ofAustinRoorda平行光線什么是波前?不規(guī)則波前理想波前什么是波前像差?像差理想波前波像差——實(shí)際波面對(duì)理想波面的偏離波前像差描述眼視覺(jué)質(zhì)量的優(yōu)點(diǎn)波前像差能提供眼視覺(jué)缺陷的局部信息從波前像差可以推導(dǎo)出點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)和調(diào)制傳遞函數(shù)，但是這個(gè)過(guò)程不可逆?zhèn)€體像差(包括經(jīng)典像差)也可由波前像差導(dǎo)出波前像差的測(cè)量意義對(duì)人眼的光學(xué)質(zhì)量予以正確判斷為治療服務(wù)（屈光手術(shù)、白內(nèi)障手術(shù)）為光學(xué)矯正提供準(zhǔn)確信息像差的分類傳統(tǒng)光學(xué)將像差按產(chǎn)生原因可分兩大類：由單色光成像時(shí)產(chǎn)生的像差稱單色像差多色光(即由不同波長(zhǎng)的光構(gòu)成復(fù)合光)成像時(shí)，由于介質(zhì)折射率隨光的不同波長(zhǎng)而變所引起的像差稱為色像差單色像差單色像差分球差、彗差、像散、像場(chǎng)彎曲和畸變等5種球差和彗差發(fā)生于對(duì)軸上和靠近軸的點(diǎn)用粗光束成像的光學(xué)系統(tǒng)中，稱軸上像差像散、像場(chǎng)彎曲和畸變發(fā)生在對(duì)離系統(tǒng)光軸較遠(yuǎn)的物體成像的光學(xué)系統(tǒng)中，稱軸外像差。球差及色差軸上物點(diǎn)成像產(chǎn)生球差及色差，還伴有圓孔衍射的情形，當(dāng)透鏡孔徑較大時(shí)，由光軸上一物點(diǎn)發(fā)出的光束經(jīng)球面折射后不再交于一點(diǎn)，這種現(xiàn)象叫做球面像差，簡(jiǎn)稱球差。彗差軸外物點(diǎn)發(fā)出的寬闊光束，經(jīng)透鏡成像后，不再交于一點(diǎn)，而是形成一種狀如彗星的亮斑，稱為彗形像差，簡(jiǎn)稱彗差。透鏡的色差（兩種色光成像位置不同）由于介質(zhì)的折射率隨入射光的顏色（光的波長(zhǎng)）不同而不同．因此透鏡的焦距隨光的顏色而異，不同顏色的光所成像的位置和大小都各不相同，這種由于色散引起的現(xiàn)象，即使在近軸區(qū)域內(nèi)也會(huì)發(fā)生，稱為色像差，簡(jiǎn)稱色差。像散扭轉(zhuǎn)透鏡，使物光束在傾斜度比較大的條件下入射，則產(chǎn)生像散現(xiàn)象。圖示物點(diǎn)離主軸較遠(yuǎn)時(shí)，發(fā)出的光束經(jīng)透鏡折射后，不再交于一點(diǎn)，而是會(huì)聚在與畫(huà)面垂直方向的前后兩個(gè)位置上，會(huì)聚的像已退化為互相垂直的兩條短線，稱作散焦線。在此區(qū)間內(nèi)，光束截面由扁橢圓逐漸變成長(zhǎng)橢圓，圖中取的是其中間某位置?；兓兪怯捎诠饩€的傾斜度大引起的。與球差和像散不同，畸變不破壞光束的同心性，從而不影響像的清晰度。畸變表現(xiàn)在像平面內(nèi)圖形的各部分與原物不成比例?；兊那闆r與光闌的位置有關(guān)。像差的分類像差分為低階像差和高階像差。低階像差是指離焦、散光等傳統(tǒng)屈光問(wèn)題高階像差指不規(guī)則散光等屈光系統(tǒng)存在的其它光學(xué)缺陷。高階像差的每階各包括許多項(xiàng)，其中的每一項(xiàng)又代表不同的內(nèi)容。例如，高階像差第三階包括彗差、三葉草樣散光等4項(xiàng)內(nèi)容，第四階不僅包括球差，還涉及更多項(xiàng)不規(guī)則散光等內(nèi)容。越高階，像差內(nèi)容越復(fù)雜。各類像差的關(guān)系像差是以聯(lián)合的方式存在各種像差可相互補(bǔ)償有些時(shí)候高階像差可以相互抵消像差的表示方法RMS(RootMeanSquare)1)Zernike-RMS2)WF-RMS

.

1)Zernike-RMS=1/n*(ai)2whereai=Zernike-coefficients2)WF-RMS:perdefinitiontheaverageheightofWFoverfullsizeiszero.WF-RMS:SquaretheWF-function.TheaverageheightofWF2overfullsizeistheWF-RMS.WFWF2WF2WFAreaWF-RMSZernike多項(xiàng)式Zernike多項(xiàng)式是正交于單位圓上的一組函數(shù)，通過(guò)Zernike多項(xiàng)式，眼光學(xué)系統(tǒng)像差可以量化，在每個(gè)圓形孔徑上任何像差均可以用Zernike多項(xiàng)式表示。Zernike多項(xiàng)式由三部分組成：標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù)，半徑依賴性成分（n），方位角依賴性成分（m）。Zernike多項(xiàng)式表示形式為Zmn（ρ，θ），n描述最高階的半徑階梯；m描述方位正弦頻率成分；ρ表示從0到1的半徑坐標(biāo)；θ表示從0到2π的方位角。Zernike多項(xiàng)式Zernike多項(xiàng)式可表示成以n為行數(shù)，m為列數(shù)的金字塔

ZernikecoeffientsZnm–7-6–5–4–3–2–1012345670C01C1C22C3C4C53C6C7C8C94C10C11C12C13C145C15C16C17C18C19C206C21C22C23C24C25C26C277C28C29C30C31C32C33C34C35

ZernikecoeffientsZn

m–7-6–5–4–3–2–1012345670C01C1C22C3C4C53C6C7C8C94C10C11C12C13C145C15C16C17C18C19C206C21C22C23C24C25C26C277C28C29C30C31C32C33C34C35

波前像差項(xiàng)對(duì)應(yīng)于傳統(tǒng)幾何光學(xué)的描述Z1x-axistiltX軸偏移Z2y-axistiltY軸偏移Z3astigmatismin0or90degree0°或90°方向散光Z4defocus離焦

Z5astigmatismIn45degree45°方向散光Z7x-axiscomaX軸彗差Z8y-axiscomaY軸彗差Z12sphericalaberration球差-3-2-10123-3-2-10123WavefrontAberrationmm(right-left)mm(superior-inferior)像差的表示方法3DimensionalView2DimensionalViewZernikeModestrefoilcomacomatrefoilquadrafoilsecondaryspherical2nd3rd4th5thsecondaryquadrafoilpentafoilsecondarysecondarysecondarypentafoilsecondarydefocusastigmatismastigmatismastigmatismastigmatismtrefoiltrefoilcomacoma~ConventionalRefractionHigherOrderAberrations像差的表示方法Z7Z12Z16–1.5*Z7=1.8+0.9*Z12=-0.8*Z16=Z3-1.50.9-0.81.8*Z3像差的表示方法123456705101520253035-4.0-3.0-2.0-1.00.01.02.0澤尼克系數(shù)(um)在數(shù)學(xué)上，不規(guī)則的二維分布可以用澤尼克函數(shù)加以分離。

澤尼克像差項(xiàng)像差的表示方法散光慧差1.波前像差的來(lái)源角膜的像差對(duì)整個(gè)眼睛的影響可以通過(guò)角膜地形圖或者波振面感應(yīng)器來(lái)測(cè)量。

對(duì)于有些人來(lái)說(shuō),整個(gè)眼睛的波前像差取決于角膜像差(He,Gwiazda,Held&Thorn,2001)

角膜整個(gè)眼睛RMS1.13RMS1.17RMS1.76RMS0.65角膜整個(gè)眼睛一部分人,整個(gè)眼睛的波前像差相對(duì)于角膜像差是減少的。

(He,Gwiazda,Held&Thorn,2001)RMS0.93RMS1.49角膜整個(gè)眼睛另一部分人,整個(gè)眼睛的波前像差相對(duì)于角膜像差是增加的(He,Gwiazda,Held&Thorn,2001)。角膜上和整個(gè)眼睛系統(tǒng)的像差關(guān)系(He,etal.2003)0102030405060700123整眼像差角膜像差眼睛數(shù)目波前偏差的均方根值(um)0.000.501.001.50ACILWE0.000.501.001.50ab角膜對(duì)眼睛第二階像差影響比較大，但是眼睛內(nèi)部的成份則影響著更高階的像差(He,etal.2003)。波前像差均方根值(um)2.眼睛調(diào)節(jié)力度對(duì)像差的影響

波前像差會(huì)隨著眼睛調(diào)節(jié)力度的增大而增加(He,Burns&Marcos,2000)

3.波前像差對(duì)離焦(近視或遠(yuǎn)視)成像的影響

波前像差會(huì)使視網(wǎng)膜成不對(duì)稱的離焦像,這樣可以提供信號(hào)來(lái)指導(dǎo)眼睛的調(diào)節(jié)(He,Gwiazda,Held&Thorn,2000)

-0.75D0.75D4.波前像差對(duì)視覺(jué)靈敏度的影響

波前像差會(huì)使視網(wǎng)膜圖像模糊不清因而導(dǎo)致視覺(jué)靈敏度的下降(Yoon&Willaims,2000)

5.波前像差對(duì)對(duì)比敏感性的影響

波前像差會(huì)使視網(wǎng)膜圖像模糊不清因而降低眼睛的對(duì)比敏感性(Yoon&Willaims,2000)

05101520051015200510152005101520MyopicAdultsN=184Mean=1.26+0.99s.d.EmmetropicAdults

N=108

Mean=0.88+0.28s.d.EmmetropicChildren

N=166

Mean=1.02+0.34s.d.MyopicChildrenN=174Mean=1.16+0.55s.d.波前像差均方根值(um)發(fā)生頻率0.00.51.01.52.02.53.03.54.04.55.06波前像差對(duì)近視眼的影響發(fā)生頻率7.波前像差在屈光手術(shù)的應(yīng)用常規(guī)屈光手術(shù)中的波前項(xiàng)差a.常規(guī)屈光手術(shù)能夠引起幾乎各項(xiàng)的波像差和澤尼克像差。b.Lasik和PRK都能產(chǎn)生波前像差，但有其不同之處。

c.術(shù)前術(shù)后的像差有很大的相關(guān)性0.000.501.001.502.002.503.00總體像差高階像差彗差球差波前像差均方根值(um)常規(guī)角膜屈光手術(shù)前后波前像差的分析波前像差引導(dǎo)準(zhǔn)分子手術(shù)前后波前像差的分析總體像差高階像差彗差球差0.000.200.400.600.801.00波前像差均方根值(um)使用和不使用波前像差理論引導(dǎo)手術(shù)后與手術(shù)前的像差值比數(shù)0.001.002.003.004.005.00手術(shù)后前波前像差均方根之比總體像差高階像差彗差

a.術(shù)后角膜的生物化學(xué)變化。

b.技術(shù)的精確性：激光束的光斑大小、形狀、頻率以及控制