人眼像差的数学表示及主观式波前像差测量仪的设计与应用

　　近年来,准分子激光治疗屈光不正的有效性和安全性已经被证实^[1] 。由于准分子激光屈光手术切削方式已经由传统的大光斑式切削改进为目前比较理想的高斯曲线/截边高斯曲线分布的小光斑随机飞点扫描式激光切削,以及快速的主动眼球跟踪系统和波前像差引导的“个体化”切削,使人们对视力的期望值愈来愈高,提出了屈光手术后要达到“2.5”以上“超视力”的目标。波前像差理论为达到这一目标提供了理论依据、检测手段和指导切削的方法。屈光手术后出现的各种视觉质量问题,如暗视力下降、眩光等,都已由波前像差理论做出解释。此外,波前像差理论还有助于评估白内障、青光眼以及配戴角膜接触镜前后的视觉质量等,因此,波前像差技术在临床上已受到愈来愈多的关注。本文主要介绍主观式波前像差测量仪的设计与应用,以及人眼波前像差的数学表示方法。

　　测量原理

　　波前像差的测量主要是基于两种理论:干涉理论和光路追踪理论^[2] ,由于人眼稳定性和参考平面的难以实现,用干涉理论测量像差的方法在生理光学中很少应用。以光路追踪理论为基础的波前像差测量的基本原理是:通过贯穿眼入瞳的一列阵光线的斜率的整合而重现波前像差的平面。这一理论发展到目前为止,形成了Hartmann - Schack,Tscherning, Scheiner-smirnov三大理论^[3] ,主观和客观两种测量方法。

　　本文介绍的主观式波前像差仪是利用He JC[4]的主观空间分辩屈光计原理开发出来的。该原理是基于光路追踪原理的。由于人眼存在像差,平行光从瞳孔的不同位置进入人眼后,并不会在相同的位置穿过角膜。可以通过在瞳孔上选择一系列不同位置的点,同时调整测量光线,直到测量光线与参考光线重合,使位置的偏离归零来测量这种角膜位置的偏离量,所需的调整量就是人眼的波前像差。

　　主观式波前像差仪具有三通道光路系统:测量光路通道,记录光路通道,瞳孔监视光路通道。测量过程中,测量光路通过一个直径为1毫米的可移动小孔在视网膜上形成一个绿色的十字光标,小孔位置在37个采样位置上随机改变,小孔位置的移动导致十字光标在视网膜上的图像位置产生偏移,受测者通过在记录光路中的电脑屏幕点击鼠标记录该偏移量,通过偏移量就可用Zernike多项式拟合出人眼像差的函数。在整个测量过程中,瞳孔监视光路利用红外CCD视频相机连续捕捉瞳孔的图像,通过软件对图像进行处理,利用步进电机使瞳孔中心与像差仪的光学中心重合,此外,还在一个可移动圆盘上放置了一系列的补偿镜片,可对受测者的离焦进行补偿,以保证测量结果的精确性。