准分子激光矫正眼屈光不正及视觉像差技术精讲

1、 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 5 激光治疗 6 角膜瓣恢复，手术结束 有关LASIK手术过程 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。 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D1f。 （曲率半径） 角膜前表

2、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Da48.83D， 即角膜前表面屈光力为48.83D D =(n-1)/R =(1. 376-1)/0. 0077=48. 83D D =(n-1)/R =(1. 376-1)/0. 0087=43. 22D D -D = 43. 22-48.83=-5. 61D 7. 78. 75.6D 11 22 21 曲率半径从变成，屈光度减少 R 7. 7 R 8. 7 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

3、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(1020ns)，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(0.30m) 因此，准分子激光在屈光性角膜切除术中发挥了巨大作用。 激光的蚀除深度与入射激光强度的关系: 其中为蚀除深度(m)， 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(m)。 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

4、3mJ,光斑近似1.2mm的圆光斑，因此能量密度 Ep=130200mJ/cm2； 角膜的吸收系数为大约介于3.7-3.99m -1之 间； 临界切削能量密度为40mJ/cm260mJ/cm2。 根据公式可以得到，单个激光脉冲角膜切削量应在 0.18m0.43m。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0.22m。 层间的叠加示意图 层内叠加示意图 片层划分示意图 项目组采用的是德国LAMBDA PHYSIK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

5、)8ns。 A正视 B远视 C近视 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44.6m，即能够矫正-5D的近视。 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45.44m即能够矫正+5D的远 视。 初始角膜的方程为： 最终的角膜切削成一个球的形状 ： 最终角膜的球形 ： 对于单纯近视散光可以看成是复性近视散光

6、的一个特例。 即不失一般性，如图3.23所示，使Rf=Rix 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 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 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 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

7、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。 1 像差图 2 zernike多项式 用于表示波前OPD(光学路径差异，optical path difference) 的Zernike多项式为: Z0-Z3 Z4-Z7 Z8-Z11 前九项Zernike多项式项对应的传统的光学像差 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 硬件系统 软件系统 三个关键技术 计算机 X、Y向 扫描驱动器 准分子激光 发射器 计算机控制板

8、 激光衰减器 激光能量 传感器 X、Y 扫描器 红外固 视光 医生做手 术用的显 微镜 病人眼球 的角膜 激光 光闸 聚焦系统 脚控开关 折光镜片 准分子激光手术治疗仪的光路原理框图 ： 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。 2002年7月29日裂隙灯照射PMMA板的图像 人眼屈光系统可以大致看作是一套复杂的 由多个光学元

9、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。 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D1f。 （曲率半径） 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(1020ns)，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(0.30m) 因此，准分子激光在屈光性角膜切除术中发挥了巨大作用。 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