齐鲁医学普瑞眼科波前像差基础知识科普

1、上海普瑞眼科医院2021/9/301传统概念屈光不正 离焦（近视/远视）、散光矫正：柱镜、球镜没有仪器测量“高阶”像差，即使测出，也没办法矫正即使不矫正高阶像差，也不影响视觉质量(10%)2021/9/302情况已经改变屈光手术的开展，带来一些新的视觉问题测量高阶像差的仪器已经出现高阶像差已经可以矫正2021/9/3032021/9/304波前相差的定义光：几何光学：line物理光学：wave光是一种传导中的电磁波2021/9/305波前的概念波前(wavefront)：点光源向周围发出的电磁振动公式:在某一瞬时t ,可在振动传播的方向上同位相的点,能形成一个平面，称波阵面（wavefront

2、）,直译为波前。2021/9/306波前的概念在理想成像情况下,点光源经过光学系统后所成的像应是一个以理想像点为中心的球面理想波面。2021/9/307波前像差波阵面是持续的等相位面，波阵面与光线的传播方向垂直。实际的波阵面（wavefront）和理想的波阵面之间的光程差。2021/9/308平行光线成像2021/9/309理想波前变形的波前（近视）模糊成像平行光线2021/9/3010不规则波前理想波前C. of Austin Roorda平行光线2021/9/3011不规则波前理想波前2021/9/3012像差理想波前2021/9/3013像差的类型色像差：多色光(或称复色光,即由不同波长

3、的光构成的混合光)成像时,由于介质折射率随着光的不同波长而变所引起的像差,简称色差。单色像差：单色光成像时的像差。进一步可分为球差、慧差等。2021/9/3014引起像差的原因人眼并不是一个理想的光学系统：像差的原因：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体的内含物不均匀,以致折射率有局部偏差2021/9/3015我们怎样描述一个波前?2021/9/3016Fritz Zernike1953 诺贝尔物理学奖得主荷兰物理学家 建立光学像差的数学模型1888-19662021/9/3017Zernike多项式一组正交于单位圆上的序列函数（应用已超过60年

4、，表示人眼像差10年）建立数学模型以描述波前像差数据其坐标系统表达式：2021/9/3018最普遍的Zernike项 2nd 球差(离焦), 柱差3rd慧差, 三叶草差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各个像差对成像质量的影响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瞳孔大小与RMS的关系2021/9/3024像差的表示方法点离散函数（PSF）2021

7、/9/30252021/9/3026像差的测量基于两种理论:干涉理论光路追踪理论2021/9/3027像差的测量干涉理论：Twyman-Green 干涉仪：其原理是使一准直光束分离,分离的光束分别从测试表面和参考表面反射后重新汇聚。只有当两个波面完全一致时,重新汇聚的光线不会出现干涉的模糊边缘,否则,边缘干涉图形就表现为不同的波前像差图形。由于人眼稳定性和难以重构参考表面,用干涉理论测量像差的方法在生理光学很少应用。2021/9/3028像差的测量光路追踪理论：整合进入人眼瞳孔的阵列光线斜率，重现波前像差平面，建造波前像差仪2021/9/3029像差的测量Hartmann-Schack , 出

8、射型光学像差仪客观型像差仪、将测量光路透射到眼底形成点后，由点光源反射光形成的波前，经过一系列小镜片，分析每个小镜片上的聚焦点与理想状态的偏离程度，计算出相应的波前像差。Alcon Summit 自动角膜个性化测量仪,博士伦的Zyoptics 系统和Aescu-lap Meditec WOSCA 以及LaserSight Tsherning , 视网膜像型像差仪, 如WaveLight 和Schwind 公司的像差仪,Tracey 公司的视网膜光线追迹仪。Scheiner-Smirnov ,入射可调式屈光计,如Emory 视觉矫正系统、日本尼德克的OPD 扫描系统2021/9/3030Hartmann-Shack 像差计入射光波 透镜系统激光束2021/9/3031Hartmann-Shack 像差计CCD-摄像透镜列阵 出射光波 CCD-映像2021/9/3032微型透镜列阵对空间的波前扭曲进行取样(Hartmann-Shack)2021/9/3033客观型像差仪：将测量光路透射到眼底形成点后，由点光源反射光形成的波前，经过一系列小镜片，分析每个小镜片上的聚焦点与理想状态的偏离程度，