像差仪测量及应用1课件

临床视功能评价

二、波前像差仪的测量与应用

理想的眼睛存在光学缺陷的眼睛

视网膜图像质量影响因素衍射散射波前像差

正常人眼:

瞳孔大于3mm未形成晶体的异常（白内障）像差是主要影响因素人眼像差波前像差来源角膜和晶状体的表面不理想，其表面曲度存在局部偏差；角膜与晶状体、玻璃体不同轴；角膜和晶状体以及玻璃体的内含物质不均匀，以致折射率有局部偏差。描述眼光学成像质量的四种方法波前像差点扩散函数(PSF)调制传递函数(MTF)视网膜成像描述眼光学成像质量的方法对比度：MTF(调制传递函数),OTF（光学传递函数）形状：PSF（点扩散函数）像差：是基础，通过波前像差计算出MTF,OTF,PSF像差的表示方法－点离散函数（PSF）什么是波前?不规则波前理想波前C.ofAustinRoorda平行光线什么是波前像差?像差理想波前波像差——实际波面对理想波面的偏离波前像差描述眼视觉质量的优点波前像差能提供眼视觉缺陷的局部信息从波前像差可以推导出点扩散函数和调制传递函数，但是这个过程不可逆个体像差(包括经典像差)也可由波前像差导出波前像差的测量意义对人眼的光学质量予以正确判断为治疗服务（屈光手术、白内障手术）为光学矫正提供准确信息像差的分类传统光学将像差按产生原因可分两大类：由单色光成像时产生的像差称单色像差多色光(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变所引起的像差称为色像差球差及色差轴上物点成像产生球差及色差，还伴有圆孔衍射的情形，当透镜孔径较大时，由光轴上一物点发出的光束经球面折射后不再交于一点，这种现象叫做球面像差，简称球差。彗差轴外物点发出的宽阔光束，经透镜成像后，不再交于一点，而是形成一种状如彗星的亮斑，称为彗形像差，简称彗差。像散扭转透镜，使物光束在倾斜度比较大的条件下入射，则产生像散现象。图示物点离主轴较远时，发出的光束经透镜折射后，不再交于一点，而是会聚在与画面垂直方向的前后两个位置上，会聚的像已退化为互相垂直的两条短线，称作散焦线。在此区间内，光束截面由扁椭圆逐渐变成长椭圆，图中取的是其中间某位置。畸变畸变是由于光线的倾斜度大引起的。与球差和像散不同，畸变不破坏光束的同心性，从而不影响像的清晰度。畸变表现在像平面内图形的各部分与原物不成比例。畸变的情况与光阑的位置有关。各类像差的关系像差是以联合的方式存在各种像差可相互补偿有些时候高阶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多项式Zernike多项式是正交于单位圆上的一组函数，通过Zernike多项式，眼光学系统像差可以量化，在每个圆形孔径上任何像差均可以用Zernike多项式表示。Zernike多项式由三部分组成：标准化系数，半径依赖性成分（n），方位角依赖性成分（m）。Zernike多项式表示形式为Zmn（ρ，θ），n描述最高阶的半径阶梯；m描述方位正弦频率成分；ρ表示从0到1的半径坐标；θ表示从0到2π的方位角。Zernike多项式可表示成以n为行数，m为列数的金字塔

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

ZernikecoeffientsZn

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

波前像差项对应于传统几何光学的描述Z1x-axistiltX轴偏移Z2y-axistiltY轴偏移Z3astigmatismin0or90degree0°或90°方向散光Z4defocus离焦

Z5astigmatismIn45degree45°方向散光Z7x-axiscomaX轴彗差Z8y-axiscomaY轴彗差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泽尼克系数(um)在数学上，不规则的二维分布可以用泽尼克函数加以分离。

泽尼克像差项像差的表示方法散光慧差1.波前像差的来源角膜的像差对整个眼睛的影响可以通过角膜地形图或者波振面感应器来测量。

对于有些人来说,整个眼睛的波前像差取决于角膜像差(He,Gwiazda,Held&Thorn,2001)

角膜整个眼睛RMS1.13RMS1.17RMS1.76RMS0.65角膜整个眼睛一部分人,整个眼睛的波前像差相对于角膜像差是减少的。

(He,Gwiazda,Held&Thorn,2001)RMS0.93RMS1.49角膜整个眼睛另一部分人,整个眼睛的波前像差相对于角膜像差是增加的(He,Gwiazda,Held&Thorn,2001)。角膜上和整个眼睛系统的像差关系(He,etal.2003)0102030405060700123整眼像差角膜像差眼睛数目波前偏差的均方根值(um)0.000.501.001.50ACILWE0.000.501.001.50ab角膜对眼睛第二阶像差影响比较大，但是眼睛内部的成份则影响着更高阶的像差(He,etal.2003)。波前像差均方根值(um)2.眼睛调节力度对像差的影响

波前像差会随着眼睛调节力度的增大而增加(He,Burns&Marcos,2000)

3.波前像差对离焦(近视或远视)成像的影响

波前像差会使视网膜成不对称的离焦像,这样可以提供信号来指导眼睛的调节(He,Gwiazda,Held&Thorn,2000)

-0.75D0.75D4.波前像差对视觉灵敏度的影响

波前像差会使视网膜图像模糊不清因而导致视觉灵敏度的下降(Yoon&Willaims,2000)

5.波前像差对对比敏感性的影响

波前像差会使视网膜图像模糊不清因而降低眼睛的对比敏感性(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)发生频率0.00.51.01.52.02.53.03.54.04.55.06波前像差对近视眼的影响发生频率7.波前像差在屈光手术的应用常规屈光手术中的波前项差a.常规屈光手术能够引起几乎各项的波像差和泽尼克像差。b.Lasik和PRK都能产生波前像差，但有其不同之处。

c.术前术后的像差有很大的相关性0.000.501.001.502.002.503.00总体像差高阶像差彗差球差波前像差均方根值(um)常规角膜屈光手术前后波前像差的分析波前像差引导准分子手术前后波前像差的分析总体像差高阶像差彗差球差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论引导手术后与手术前的像差值比数0.001.002.003.004.005.00手术后前波前像差均方根之比总体像差高阶像差彗差

a.术后角膜的生物化学变化。

b.技术的精确性：激光束的光斑大小、形状、频率以及控制

等等

c.患者从手术中获益程度的大小。还有很多需要考虑的因素