准分子激光矫正眼屈光不正及视觉像差技术

准分子激光矫正眼屈光不正及视觉像差技术第一页，共六十九页，编辑于2023年，星期五Lasik手术过程(1)第二页，共六十九页，编辑于2023年，星期五Lasik手术过程(2)1准备手术2用板层刀切削角膜3将角膜瓣掀起4激光对焦第三页，共六十九页，编辑于2023年，星期五Lasik手术过程(3)5激光治疗6角膜瓣恢复，手术结束第四页，共六十九页，编辑于2023年，星期五

看一段录像：有关LASIK手术过程第五页，共六十九页，编辑于2023年，星期五一、人眼视光学原理

第六页，共六十九页，编辑于2023年，星期五人眼构造及其光学特性

人眼屈光系统可以大致看作是一套复杂的由多个光学元件所构成的同心共轴屈光系统，光线经过角膜前表面、角膜基质、角膜后表面、房水、晶状体前表面、晶状体基质及核、晶状体后表面、玻璃体这样一系列的屈光介质的屈光作用，才最终到达视网膜而成像。第七页，共六十九页，编辑于2023年，星期五屈光度的概念

透镜的屈光是指透镜的折光能力，称屈光度(Dioper,D)，通常用D代表。平行光通过某一透镜后在1m处集合成为焦点，该透镜的屈光力量为一个屈光度。

0.5m则为2个屈光度。如用f代表焦距，则D＝1／f。（曲率半径）第八页，共六十九页，编辑于2023年，星期五Gullstrand设计眼角膜前表面屈光力计算：

式中：Da角膜前表面屈光力，n’角膜的屈光指数（1.376），n空气的屈光指数通常为1，r1角膜前表面曲率半径(7.7mm)。得Da＝48.83D，即角膜前表面屈光力为48.83D第九页，共六十九页，编辑于2023年，星期五角膜曲率变化对屈光率的影响第十页，共六十九页，编辑于2023年，星期五二、激光与生物组织的相互作用

第十一页，共六十九页，编辑于2023年，星期五激光与生物组织相互作用的五种类型

第十二页，共六十九页，编辑于2023年，星期五193nm准分子激光对角膜组织的生物反应

波长为193nm的ArF准分子激光，进行屈光手术的机理就是光化学效应。准分子激光单个光子的能量大约是6.4eV，而角膜组织中肽键与碳链分子键的结合能量仅为3.6eV。当其高能量的光子照射到角膜组织之后，直接将组织内的分子键打断，导致角膜组织碎裂而达到消融切割组织的目的，并且由于准分子激光脉宽短(10~20ns)，又是光化学效应切除，对切除周围组织的机械损伤和热损伤极小(<0.30μm)

因此，准分子激光在屈光性角膜切除术中发挥了巨大作用。第十三页，共六十九页，编辑于2023年，星期五准分子激光在头发丝上的消融第十四页，共六十九页，编辑于2023年，星期五193nm准分子激光高斯光束的

切削量与能量密度的关系

激光的蚀除深度与入射激光强度的关系:其中为蚀除深度(μm)，为入射激光能量密度(mJ/cm)，为临界切削能量密度(阈值)；为角膜能量吸收系数(μm)。

我们采用的激光能量为每个脉冲的能量13mJ，实际衰减后激光到达角膜的能量为2~3mJ,光斑近似1.2mm的圆光斑，因此能量密度Ep=130~200mJ/cm2；角膜的吸收系数为大约介于3.7-3.99μm-1之间；临界切削能量密度为40mJ/cm2~60mJ/cm2。根据公式可以得到，单个激光脉冲角膜切削量应在0.18μm~0.43μm。经过实验，我们所采用的激光器的单个激光脉冲角膜切削量为0.22μm。第十五页，共六十九页，编辑于2023年，星期五193nm准分子激光得到的

兔子角膜的消融曲线第十六页，共六十九页，编辑于2023年，星期五激光光斑与切削表面粗糙度关系

(叠加的方式)

层间的叠加示意图层内叠加示意图片层划分示意图第十七页，共六十九页，编辑于2023年，星期五激光光斑能量分布图

（OPTEX,LambdaPhysik,193nm,）

项目组采用的是德国LAMBDAPHYSIK公司生产的OPTex型ArF激光器，它的基本参数是：波长193nm，每个脉冲的能量13mJ(以低频状态工作)，最大平均功率2W，最高频率200Hz，脉冲宽度(FWHM)8ns。

第十八页，共六十九页，编辑于2023年，星期五激光光斑的能量分布对表面的影响

（裂隙灯照片）第十九页，共六十九页，编辑于2023年，星期五三、屈光矫正数学模型

第二十页，共六十九页，编辑于2023年，星期五屈光不正（纯近视远视）A．正视

B．远视

C．近视

第二十一页，共六十九页，编辑于2023年，星期五屈光不正(散光)第二十二页，共六十九页，编辑于2023年，星期五散光的五种情况第二十三页，共六十九页，编辑于2023年，星期五单纯近视矫正模型例:－5D的近视，初始角膜屈光度为48.83D，切削后角膜屈光度为43.83D，即角膜前表面的曲率半径从7.7mm增加到8.6mm，如果手术区域直径为5mm，则在光轴处角膜切削量需为44.6μm，即能够矫正-5D的近视。

第二十四页，共六十九页，编辑于2023年，星期五单纯近视矫正模型

(切削深度与近视屈光程度、术区直径关系示意图)

第二十五页，共六十九页，编辑于2023年，星期五单纯远视矫正模型例如，＋5D的远视，初始角膜屈光度为48.83D，切削后角膜屈光度为53.83D，即角膜前表面曲率半径从7.7mm减小到7.0mm，如果手术区域直径为5mm，则在术区边缘最大的切削量为45.44μm即能够矫正+5D的远视。

第二十六页，共六十九页，编辑于2023年，星期五单纯远视矫正模型

(切削深度与远视屈光程度、术区直径关系示意图)

第二十七页，共六十九页，编辑于2023年，星期五单纯远视矫正模型

(远视眼切削区域边缘部分示意图)

第二十八页，共六十九页，编辑于2023年，星期五复性近视散光数学模型

（1）－建立初始角膜的方程初始角膜的方程为：第二十九页，共六十九页，编辑于2023年，星期五复性近视散光数学模型（2）最终的角膜切削成一个球的形状：第三十页，共六十九页，编辑于2023年，星期五复性远视散光数学模型（1）最终角膜的球形：第三十一页，共六十九页，编辑于2023年，星期五复性远视散光数学模型

（2）－边界的处理第三十二页，共六十九页，编辑于2023年，星期五单纯近视散光数学模型对于单纯近视散光可以看成是复性近视散光的一个特例。即不失一般性，如图3.23所示，使Rf=Rix第三十三页，共六十九页，编辑于2023年，星期五单纯远视散光数学模型对于单纯远视散光可以看成是复性远视散光的一个特例。即不失一般性，如图3.24所示，使Rf=Riy第三十四页，共六十九页，编辑于2023年，星期五混合散光数学模型混合散光切削模型可以转换为下列两种组合方式，均可达到矫正混合散光的目的。（1）纯近视

＋

单纯远视散光（2）纯远视

＋

单纯近视散光

第三十五页，共六十九页，编辑于2023年，星期五散光轴位处理第三十六页，共六十九页，编辑于2023年，星期五散光数学模型中初始及最终角膜曲率的确定

第三十七页，共六十九页，编辑于2023年，星期五四、人眼波前像差及其矫正技术

概念表示测量矫正第三十八页，共六十九页，编辑于2023年，星期五波前像差感性认识

哈勃望远镜矫正波前像差前后传回的星图消除高阶像差后的视觉效果存在高阶像差的视觉效果第三十九页，共六十九页，编辑于2023年，星期五波前像差概念（1）第四十页，共六十九页，编辑于2023年，星期五波前像差概念（2）第四十一页，共六十九页，编辑于2023年，星期五波前像差成因

对于人眼，像面在视网膜的准确聚焦并不能保证视网膜成像的高度清晰，其像差主要来源于光学系统的缺陷:（1）角膜和晶体表面不理想，其表面存在局部偏差；（2）角膜与晶体不同轴；（3）角膜和晶体的内含物不均匀，以致折射率有局部偏差，从而使经过偏差部位的光线偏离了理想光路，以致物体上一点在视网膜的对应点不是一个理想像点，而是一个发散光斑，其结果是整个视网膜对比度下降，视觉模糊。第四十二页，共六十九页，编辑于2023年，星期五波前像差表示1像差图2zernike多项式第四十三页，共六十九页，编辑于2023年，星期五波前像差表示－像差图第四十四页，共六十九页，编辑于2023年，星期五波前像差表示－zernike(1)用于表示波前OPD(光学路径差异，opticalpathdifference)的Zernike多项式为:第四十五页，共六十九页，编辑于2023年，星期五波前像差表示－zernike(2)第四十六页，共六十九页，编辑于2023年，星期五波前像差表示－zernike(3)Z0-Z3Z4-Z7Z8-Z11第四十七页，共六十九页，编辑于2023年，星期五波前像差表示－zernike(4)前九项Zernike多项式项对应的传统的光学像差

第四十八页，共六十九页，编辑于2023年，星期五波前像差表示－zernike(5)第四十九页，共六十九页，编辑于2023年，星期五第二价Zernike多项式与屈光不正的关系

第五十页，共六十九页，编辑于2023年，星期五像差的测量(1)第五十一页，共六十九页，编辑于2023年，星期五像差的测量(2)第五十二页，共六十九页，编辑于2023年，星期五波前像差转化为角膜切削量数学模型

第五十三页，共六十九页，编辑于2023年，星期五波前像差转化为角膜切削量数学模型

第五十四页，共六十九页，编辑于2023年，星期五边界的处理第五十五页，共六十九页，编辑于2023年，星期五准分子激光人眼像差矫正系统波前像差仪像差计算机控制板卡激光器准分子激光束光学部分X、Y扫描器自动跟踪系统角膜第五十六页，共六十九页，编辑于2023年，星期五准分子激光切削角膜的装置第五十七页，共六十九页，编辑于2023年，星期五准分子激光人眼像差矫正系统VS

传统准分子激光治疗仪

第五十八页，共六十九页，编辑于2023年，星期五五、准分子激光眼科治疗机实现技术

硬件系统软件系统三个关键技术第五十九页，共六十九页，编辑于2023年，星期五准分子激光手术治疗仪的过程原理框图第六十页，共六十九页，编辑于2023年，星期五准分子激光眼科治疗机硬件系统（1）准分子激光手术治疗仪的光路原理框图：第六十一页，共六十九页，编辑于2023年，星期五准分子激光眼科治疗机硬件系统（2）第六十二页，共六十九页，编辑于2023年，星期五准分子激光眼科治疗机软件系统第六十三页，共六十九页，编辑于2023年，星期五控制软件的界面(1)第六十四页，共六十九页，编辑于2023年，星期五控制软件的界面(2)第六十五页，共六十九页，编辑于2023年，星期五准分子激光眼科治疗机工作流程第六十六页，共六十九页，编辑于2023年，星期五准分子激光眼科治疗机关键技术：飞点扫描技术飞点扫描——即激光束以每秒发射200个脉冲以上的频率高速扫描角膜组织。飞点扫描是在程序控制下，使激光脉冲在设定的手术区域内按程序设定的算法进行两个方向的扫描以到达角膜上特定点的方法。飞点扫描技术克服了传统切削技术的弊端，如阶梯效应、中央岛、激光能量不均匀导致的不规则散光等等。该技术要求激光束的光斑为小光斑。第六十七页，共六十九页，编