准分子激光人眼像差矫正系统的研究

时间:2014-10-14 14:33来源:豆丁网作者:yeyan 点击:
------分隔线----------------------------

摘要:准分子激光人眼像差矫正系统旨在实现个体化切削,它不仅能进行正常的角膜屈光矫正,减少高阶像差, 而且可以有效的克服传统准分子激光手术引起的球差、彗差以及其他高阶像差而导致的夜间视力下降、光晕、眩光及偏心切削等并发症。准分子激光人眼像差矫正系 统包括主观式像差仪进行波前像差的测量、准分子激光系统进行像差矫正两大部分。描述了人眼波前像差的概念

关键字:准分子激光,LASIK,人眼,像差矫正

  准分子激光人眼像差矫正系统旨在实现个体化切削,它不仅能进行正常的角膜屈光矫正,减少高阶像差, 而且可以有效的克服传统准分子激光手术引起的球差、彗差以及其他高阶像差而导致的夜间视力下降、光晕、眩光及偏心切削等并发症。准分子激光人眼像差矫正系 统包括主观式像差仪进行波前像差的测量、准分子激光系统进行像差矫正两大部分。描述了人眼波前像差的概念、成因以及表示的方法和测量技术;研究了准分子激 光人眼像差矫正系统的原理;阐述了准分子激光飞点扫描、主动眼球跟踪、激光的恒能和闭环控制、激光脉冲光斑直径和均匀控制等关键技术。研究成果可直接用于 准分子激光人眼像差矫正系统,目前正在进行临床实验,取得了良好效果。

  个体化设计的准分子激光手术(customized procedure)是最近几年发展起来的以波前像差(wavefront)辅助的新一代屈光手术技术。波前技术的发展及其在屈光手术中的应用使准分子激 光手术实现个体化治疗成为可能。“量体裁衣”式的个体化角膜切削技术是以波前技术为平台来检查和矫正除常规的近视、远视和散光等初级屈光不正以外,同时一 并矫正每个个体特有的更高级的屈光异常,即我们所说的“不规则散光”。波前技术指导的个体化准分子激光手术能有效克服传统准分子手术引起的夜间视力下降、 光晕、眩光及偏心切削等并发症,并能够减少由传统屈光手术引起的像差。其目标是矫正每一个体独特的屈光非理想状态,取得更舒适的视觉状态及增加视觉对比敏 感度。所谓“准分子激光人眼像差矫正系统”,就是根据不同个体波前像差的特性,用准分子激光对角膜进行个性化切削,根据不同个体独特的光学特性和解剖特 性,通过各种球镜、柱镜、非球镜以及非对称的切削,以减少人眼的高阶像差,从而使人眼的视力能够达到2. 5(20/8)以上的超视力(super vision)。文中从波前像差的概念、成因、表示和测量原理开始,研究了准分子激光人眼像差矫正的原理、准分子激光人眼像差矫正系统的关键技术,给出了 准分子激光人眼像差矫正系统框图。

  1、波前像差的概念、成因及表示方法

  像差并不是一个新概念,在几何光学和物理光学领域,像差用来衡量光学系统成像品质,表示光学系统所存在的缺陷。几何光学中,光是传导中的电磁 波,波阵面(wavefront)是距光源的光程为常数的表面或与点光源发出的所有光线垂直的表面,即连续的等相位面,它的形状被直接用于表征光学系统的 像差。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即理想波面,所谓的波阵面像差就是实际的波阵面和理想的波阵面之间 的像差。对于人眼屈光系统并不能形成理想波面,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:

  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,从而使经过偏差部位的光线偏离了理想光路,致使物体上一点在视网膜的对应点不是一个理想的像点,而 是一个发散的光斑,其结果是整个视网膜对比度下降,视觉模糊,这种成像偏差就是人眼的像差。

  用光线的矩阵形成波前并和理想的球面比较,可以发现两者存在偏 差, Brown&Wolf称这种偏差为波前像差(wave front aberration)。人眼屈光系统中普遍存在各种像差(aberrations)。这些像差可分为许多部分,除了球差和柱差外,还有彗差、像散和像面 弯曲等更高阶的像差,波前像差的个体差异较大,需通过正确的测量和表示来得到个体的像差数据。

  从应用光学角度,波像差有许多种表示方法,由于波像差是实际波面和理想波面之间的光程差,因此用计算光程的方法计算波像差是比较方便的,各条光 线的光程与通过光瞳中心的主光线的光程差值即为各光线的波像差。目前在医学上,比较易于理解且可以定量表达像差的方法是用Zernike多项式来描述。常 用的Zernike多项式为7阶36项, 0阶为无像差; 1~2阶为低阶像差; 3阶及以上为高阶像差,低阶像差与传统的像差即近视、远视和散光相对应,而高阶像差则对应于一些非经典的像差。图1是某位被测者用WFA1000测量出的像差表示。

  Zernike多项式眼波前像差的数字表达式,在临床上便于医生观察的更直接的表达是将Zernike函数重建成在瞳孔平面二维眼的波阵面像差 图,其表述方法类似于角膜地形图。角膜地形图用来表示角膜表面的曲率,而波阵面像差图则反映实际光波阵面与理想参照波阵面的差异。

  2、波前像差的测量

  波前像差的测量主要基于两种理论:干涉理论和光路追踪理论,如以干涉理论为基础的Twymann绿光干涉仪,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。但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。

  以光路追踪理论为基础的波前像差测量其基本原理是:通过贯穿眼入瞳的一列阵光线斜率的整合而重现波前像差平面得以实现。这一方法在1900年时 被Hartmann首先实现。到目前为止已发展到Hartmann-Schack,Tschering和Scheiner-sminov三大理论,主观和 客观两种测量方法。我们利用He JC等人的主观空间分辨屈光计原理,开发了主观式像差WFA21000来测量波前像差。

  3、准分子激光人眼像差矫正的原理

  人眼并非是理想光学系统,假如不考虑角膜和晶状体的像差,以及衍射对人眼视觉品质的限制,那么根据视网膜的光感受器细胞的大小以及细胞之间的距 离(2. 5μm),则视网膜像的空间分辨率应达到20/8,要实现这个目标,首先必须精确测量眼屈光系统总体像差,然后用准分子激光飞点扫描人眼角膜。达到重塑角 膜,以减小像差,达到鹰眼般的视力。准分子激光人眼像差矫正系统主要采用先进的像差测量技术,以像差作为手术的主要参数,结合波像差图,参考 Zernike函数图,进行数学建模,将像差转换为切削量,采用高速自动跟踪技术,准确定位人眼,进行飞点式扫描切削角膜,达到消除人眼像差,提高人眼视 力品质的目的。

  目前临床上用于屈光手术的准分子激光器主要是波长为193 nm的氟化氩准分子激光。基本原理是利用惰性气体氩及二价卤素元素氟在激光腔内产生高能电子放电时被激活,形成不稳定的氟化氩分子,激发释放高能紫外光 子,并通过谐振腔形成激光。激光束发出后经过衰减器,光闸、一系列透镜组、X, Y扫描器、折光镜片等复杂的传输系统,在计算机控制下到达角膜完成各种操作。X, Y扫描器是接受计算机发出的激光脉冲X, Y位置,通过电路的转换,转变成能控制X, Y两个方向扫描器的电信号,使X, Y偏转一定的角度,从而在角膜表面相应的位置上辐射激光脉冲,达到切削角膜表面的目的。在激光的控制过程中,由激光能量传感器和衰减器协同闭环工作,使得 激光能量在整个手术过程中保持稳定的状态。使每个进行消融的激光脉冲恒定,从而保证每个激光脉冲的消融的深度和形状保持一致。在整个系统中,还有一些如激 光的光闸、脚控开关和手术显微镜等辅助设施,可以使激光脉冲随时收发,使医生控制自如。

  4、准分子激光人眼像差矫正的关键技术

  4.1、飞点扫描技术

  飞点扫描———以高频率、高稳定性和高能量密度的准分子激光高速扫描角膜组织,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在 角膜上表皮或角膜基质层上进行两个方向的扫描,改变角膜屈光度,从而达到矫正屈光不正的目的。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 和激光能量不均匀导致的不规则散光等。该技术要求激光束的光斑为小光斑。不过更先进的理论认为:单一的小光斑或单一的大光斑都是不理想的,在激光气化角膜 组织的过程中,运用不同大小的光斑才能完成对角膜的理想切削和雕琢。而且其光斑可呈柱状、球状和椭圆状等等,术中根据患者眼球情况,自动调整光斑大小和形 状,能轻松完成最复杂最精细的角膜整形,从而为矫正像差提供更加个性化的治疗方案。

  4.2、主动眼球跟踪技术

  主动眼球跟踪系统的使用,使准分子激光手术更为理想地进行。近年来在制导追踪技术的进步和计算机硬件运算速度提高等条件的配合下,即时的( real-time)、主动式(activemode)的眼球追踪已成为现实。眼球跟踪———传统的PRK和LASIK,没有眼球跟踪技术,手术时患者眼 球常不自觉转动,因而,角膜偏中心切削、术后散光等并发症在所难免。主动眼球跟踪技术:在人的角膜表面贴一直径1mm左右的红外反射点,通过接受反射回来 的光线,跟踪频率大约2 000Hz,比准分子激光发射脉冲频率150Hz~200Hz快8~10倍,足以配合激光切削角膜,它可精确捕捉眼球的运动量,将得到的位置偏移量转化成 相应的电信号叠加到X, Y扫描器上(见图2),重新把激光及时聚焦到切削点进行扫描,因而术中患者眼球向任何方向转动也不会出现偏中心切削,不会影响手术的精确性和术后效果。

  4.3、激光的恒能和闭环控制技术利用准分子激光进行角膜切削,切削后的表面光滑程度与手术后的诸多并发症有直接的关系。激光光斑的大小、形状 与激光角膜消融的像差矫正,特别是四阶以上的像差有关。而激光光斑的大小、形状与激光能量的稳定性有关。因此在准分子激光人眼像差矫正系统中采用了激光的 恒能闭环控制技术,实现了激光能量波动<2%。系统激光器有两种工作状态:高压模式和恒能模式。所谓高压模式,即激光器工作在高压恒定的模式,其输 出激光的能量在一定的时间内呈现下降的态势,其下降的斜率较小,对于手术要求不是很高,如传统的激光屈光手术是完全可以接受的;所谓恒能模式,是指激光器 工作在能量恒定的状态,其输出激光的能量在一定的时间内呈近似水平状态,它通过自动调整激光器内部高压(在允许范围内)来保证输出的激光能量恒定,并且在 整个手术过程中由激光器内部的能量探测器实时监测激光辐射能量,自动调整激光器内部电压保证激光输出能量的稳定。

  4.4、激光脉冲光斑直径和均匀控制技术

  激光处理过的角膜基质层表面是否平滑,直接关系到术后的视觉品质。平滑的角膜就好像一副“名牌眼镜”,看物体清晰不变形;不平滑的角膜就相当于 “劣质眼镜”,物体会产生轻微的变形,严重的还可能发生不规则散光现象,需要再次手术,而切削后的角膜是否平滑,在很大程度上取决于激光光斑的直径和均匀 性的控制,系统采用独创的均光技术有效地控制了激光光斑直径和均匀性,大大提高了光束的品质,能量分布均匀性显著搞高,角膜切削更加平滑,术后回退现象减 少。视觉品质得以改善,夜间视力更加优化,并且可使复杂的角膜切削变得极为轻松。 5、结论

  目前准分子激光人眼像差矫正系统采用波前像差仪与小光斑高速飞点扫描准分子激光系统的有机结合,使屈光手术达到日臻完美的新阶段,其结果与前景 令人鼓舞,但是,波前像差引导的准分子激光角膜手术还存在一定的缺陷: 1)假如像差矫正采用较大的光学区(≥d6. 5 mm),则比标准球镜及散光矫正模式需要更深的角膜切削。因此,在某些情况下,尤其是在高度数矫正时为了不影响角膜结构的完整,不可能完全矫正视觉像差。 因为像差的矫正需要切削的边缘具有明显的深度,为避免增加愈合反应,需找到合适的过渡区使视觉结果尽可能完美并尽可能减少组织的切削。2)个别眼术后高阶 像差增加大于常规LASIK,可能是由于像差测量误差尤其是一些复杂病例像差测量困难所致,或由于测量和手术中存在对位误差。3)波阵面像差可随年龄增加 而改变,而且受调节、泪膜等因素的影响,使测量结果不稳定。4)某些高阶像差如垂直彗差或许对眼的视力有益,消除这些像差反而造成视力下降。5)角膜瓣及 角膜伤口愈合等可产生新的像差,当然波阵面像差引导的LASIK手术和标准的LASIK手术一样,有手术中和手术后各种的并发症。如切削错误、上皮内生长 和医源性角膜扩张的危险性。

【光粒网综合报道】( 责任编辑:yeyan )
顶一下
(0)
0%
踩一下
(0)
0%
------分隔线----------------------------

凡光粒网注明"来源:光粒网"或"来源:www.oeworld.cn"的作品,包括但不限于本网刊载的所有与光粒网栏目内容相关的文字、图片、图表、视频等网上内容,版权属于光粒网和/或相关权利人所有,任何媒体、网站或个人未经光粒网书面授权不得转载、摘编或利用其它方式使用上述作品;已经书面授权的,应在授权范围内使用,并注明"来源:光粒网"。违反上述声明者,本网将追究其相关法律责任。

【免责申明】本文仅代表作者个人观点,与光粒网无关。其原创性以及文中陈述文字和内容未经本站证实,对本文以及其中全部或者部分内容、文字的真实性、完整性、及时性本站不作任何保证或承诺,请读者仅作参考,并请自行核实相关内容。

在线投稿有投稿需求的公司企业请直接在线申请,其他项目合作联系电话:027-65526099 QQ:2644977628 QQ:1965483967 → 在线申请投稿 >
Copyright  ©  2010-2018 oeworld.cn Inc. All rights reserved.光粒网 版权所有
鄂ICP备11013139号-2