波前像差原理及應(yīng)用

臨床視功能評價

二、波前像差儀的測量與應(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)量的方法對比度：MTF(調(diào)制傳遞函數(shù)),OTF（光學(xué)傳遞函數(shù)）形狀：PSF（點擴(kuò)散函數(shù)）像差：是基礎(chǔ)，通過波前像差計算出MTF,OTF,PSFOTF/MTF/PSF經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)后，對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）點光源經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)所成的像叫做點擴(kuò)散函數(shù)（PSF）像差的表示方法－點離散函數(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——實際波面對理想波面的偏離波前像差描述眼視覺質(zhì)量的優(yōu)點波前像差能提供眼視覺缺陷的局部信息從波前像差可以推導(dǎo)出點擴(kuò)散函數(shù)和調(diào)制傳遞函數(shù)，但是這個過程不可逆?zhèn)€體像差(包括經(jīng)典像差)也可由波前像差導(dǎo)出波前像差的測量意義對人眼的光學(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：由單色光成像時產(chǎn)生的像差稱單色像差多色光(即由不同波長的光構(gòu)成復(fù)合光)成像時，由于介質(zhì)折射率隨光的不同波長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、像場彎曲和畸變等5種球差和彗差發(fā)生于對軸上和靠近軸的點用粗光束成像的光學(xué)系統(tǒng)中，稱軸上像差像散、像場彎曲和畸變發(fā)生在對離系統(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，由光軸上一物點發(fā)出的光束經(jīng)球面折射后不再交于一點，這種現(xiàn)象叫做球面像差，簡稱球差。彗差軸外物點發(fā)出的寬闊光束，經(jīng)透鏡成像后，不再交于一點，而是形成一種狀如彗星的亮斑，稱為彗形像差，簡稱彗差。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）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)也會發(fā)生，稱為色像差，簡稱色差。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。圖示物點離主軸較遠(yuǎn)時，發(fā)出的光束經(jīng)透鏡折射后，不再交于一點，而是會聚在與畫面垂直方向的前后兩個位置上，會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?；儽憩F(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，其中的每一項又代表不同的內(nèi)容。例如，高階像差第三階包括彗差、三葉草樣散光等4項內(nèi)容，第四階不僅包括球差，還涉及更多項不規(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多項式Zernike多項式是正交于單位圓上的一組函數(shù)，通過Zernike多項式，眼光學(xué)系統(tǒng)像差可以量化，在每個圓形孔徑上任何像差均可以用Zernike多項式表示。Zernike多項式由三部分組成：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多項式Zernike多項式可表示成以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

波前像差項對應(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。

澤尼克像差項像差的表示方法散光慧差1.波前像差的來源角膜的像差對整個眼睛的影響可以通過角膜地形圖或者波振面感應(yīng)器來測量。

對于有些人來說,整個眼睛的波前像差取決于角膜像差(He,Gwiazda,Held&Thorn,2001)

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

(He,Gwiazda,Held&Thorn,2001)RMS0.93RMS1.49角膜整個眼睛另一部分人,整個眼睛的波前像差相對于角膜像差是增加的(He,Gwiazda,Held&Thorn,2001)。角膜上和整個眼睛系統(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)力度對像差的影響

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

3.波前像差對離焦(近視或遠(yuǎn)視)成像的影響

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

-0.75D0.75D4.波前像差對視覺靈敏度的影響

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

5.波前像差對對比敏感性的影響

波前像差會使視網(wǎng)膜圖像模糊不清因而降低眼睛的對比敏感性(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)中的波前項差a.常規(guī)屈光手術(shù)能夠引起幾乎各項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