齊魯醫(yī)學(xué)普瑞眼科波前像差基礎(chǔ)知識科普

1、上海普瑞眼科醫(yī)院2021/9/301傳統(tǒng)概念屈光不正 離焦（近視/遠(yuǎn)視）、散光矯正：柱鏡、球鏡沒有儀器測量“高階”像差，即使測出，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%)2021/9/302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2021/9/3032021/9/304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2021/9/305波前的概念波前(wavefront)：點光源向周圍發(fā)出的電磁振動公式:在某一瞬時t ,可在振動傳播的方向上同位相的點,能形成一個平面，稱波陣面（wavefront

2、）,直譯為波前。2021/9/306波前的概念在理想成像情況下,點光源經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)后所成的像應(yīng)是一個以理想像點為中心的球面理想波面。2021/9/307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。實際的波陣面（wavefront）和理想的波陣面之間的光程差。2021/9/308平行光線成像2021/9/309理想波前變形的波前（近視）模糊成像平行光線2021/9/3010不規(guī)則波前理想波前C. of Austin Roorda平行光線2021/9/3011不規(guī)則波前理想波前2021/9/3012像差理想波前2021/9/3013像差的類型色像差：多色光(或稱復(fù)色光,即由不同波長

3、的光構(gòu)成的混合光)成像時,由于介質(zhì)折射率隨著光的不同波長而變所引起的像差,簡稱色差。單色像差：單色光成像時的像差。進一步可分為球差、慧差等。2021/9/3014引起像差的原因人眼并不是一個理想的光學(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2021/9/3015我們怎樣描述一個波前?2021/9/3016Fritz Zernike1953 諾貝爾物理學(xué)獎得主荷蘭物理學(xué)家 建立光學(xué)像差的數(shù)學(xué)模型1888-19662021/9/3017Zernike多項式一組正交于單位圓上的序列函數(shù)（應(yīng)用已超過60年

4、，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：2021/9/3018最普遍的Zernike項 2nd 球差(離焦), 柱差3rd慧差, 三葉草差4th球面像差2021/9/3019-3-2-10123-3-2-10123Wavefront Aberrationmm (right-left)mm (superior-inferior)3 Dimensional View2 Dimensional View2021/9/3020Zernike Modestrefoilcomacomatrefoilquadrafoilsecondaryspherical2nd3rd4th5t

5、hsecondaryquadrafoilpentafoilsecondarysecondarysecondarypentafoilsecondarydefocusastigmatismastigmatismastigmatismastigmatismtrefoiltrefoilcomacoma ConventionalRefractionHigher OrderAberrations2021/9/3021各個像差對成像質(zhì)量的影響comacoma2nd3rd4th5th2021/9/3022像差的表示方法RMS (Root Mean Square)1) Zernike-RMS2) WF-RMS

6、. 1) Zernike-RMS = 1/n * (ai)2 where ai = Zernike-coefficients2) WF-RMS : per definition the average height of WF over full size is zero.WF-RMS: Square the WF-function. The average height of WF 2 over full size is the WF-RMS.WFWF2WF2WFArea WF-RMS2021/9/3023瞳孔大小與RMS的關(guān)系2021/9/3024像差的表示方法點離散函數(shù)（PSF）2021

7、/9/30252021/9/3026像差的測量基于兩種理論:干涉理論光路追蹤理論2021/9/3027像差的測量干涉理論：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試表面和參考表面反射后重新匯聚。只有當(dāng)兩個波面完全一致時,重新匯聚的光線不會出現(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,用干涉理論測量像差的方法在生理光學(xué)很少應(yīng)用。2021/9/3028像差的測量光路追蹤理論：整合進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2021/9/3029像差的測量Hartmann-Schack , 出

8、射型光學(xué)像差儀客觀型像差儀、將測量光路透射到眼底形成點后，由點光源反射光形成的波前，經(jīng)過一系列小鏡片，分析每個小鏡片上的聚焦點與理想狀態(tài)的偏離程度，計算出相應(yīng)的波前像差。Alcon Summit 自動角膜個性化測量儀,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,如Emory 視覺矯正系統(tǒng)、日本尼德克的OPD 掃描系統(tǒng)2021/9/3030Hartmann-Shack 像差計入射光波 透鏡系統(tǒng)激光束2021/9/3031Hartmann-Shack 像差計CCD-攝像透鏡列陣 出射光波 CCD-映像2021/9/3032微型透鏡列陣對空間的波前扭曲進行取樣(Hartmann-Shack)2021/9/3033客觀型像差儀：將測量光路透射到眼底形成點后，由點光源反射光形成的波前，經(jīng)過一系列小鏡片，分析每個小鏡片上的聚焦點與理想狀態(tài)的偏離程度，