1、理想的眼睛存在光学缺陷的眼睛 存在光学缺陷的眼睛 描述眼光学成像质量的四种方法波前像差波前像差点扩散函数点扩散函数(PSF)调制传递函数调制传递函数(MTF)视网膜成像视网膜成像0204060801000.00.20.40.60.81.0Ideal EyeReal Eye像差的表示方法点离散函数（PSF）Point Spread Function vs.Pupil SizeTypical EyeC.of Austin Roorda1 mm2 mm3 mm4 mm5 mm6 mm7 mm理想理想波前波前变形变形的波前（近视）的波前（近视）模糊成像模糊成像平行平行光线光线清晰成像清晰成像不不规则波
2、前规则波前理想理想波前波前C.of Austin RoordaC.of Austin Roorda平行平行光线光线不不规则波前规则波前理想理想波前波前像差像差理想理想波前波前波前像差描述眼视觉质量的优点 波前像差能提供眼视觉缺陷的局部信息从波前像差可以推导出点扩散函数和调制传递函数，但是这个过程不可逆个体像差(包括经典像差)也可由波前像差导出1)Zernike-RMS2)WF-RMS .1)Zernike-RMS=1/n*(ai)2 where ai=Zernike-coefficients2)WF-RMS:per definition the average height of WF ove
3、r 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-RMS波前像差项波前像差项对应于传统几何光学的描述对应于传统几何光学的描述Z1x-axis tilt X轴偏移Z2y-axis tilt Y轴偏移Z3astigmatism in 0 or 90 degree 0或90方向散光Z4defocus 离焦 Z5astigmatism In 45 degree 45方向散光Z7x-axis coma X轴彗
4、差Z8y-axis coma Y轴彗差Z12spherical aberration 球差-3-2-10123-3-2-10123Wavefront Aberrationmm(right-left)mm(superior-inferior)3 Dimensional View3 Dimensional View2 Dimensional View2 Dimensional ViewZernike ModesZernike Modestrefoiltrefoilcomacomacomacomatrefoiltrefoilquadrafoilquadrafoilsecondarysecondary
5、sphericalspherical2nd2nd3rd3rd4th4th5th5thsecondarysecondaryquadrafoilquadrafoilpentafoilpentafoilsecondarysecondarysecondarysecondarysecondarysecondarypentafoilpentafoilsecondarysecondarydefocusdefocusastigmatismastigmatismastigmatismastigmatismastigmatismastigmatismastigmatismastigmatismtrefoiltre
6、foiltrefoiltrefoilcomacomacomacomaZ20Z 2-2Z22Z 3-1Z31Z 3-3Z33Z40Z42Z 4-2Z44Z 4-4Z51Z 5-1Z53Z 5-3Z55Z 5-5 Conventional ConventionalRefractionHigher OrderHigher OrderAberrationsZ7Z12Z16 1.5*Z7=1.8+0.9*Z12=-0.8*Z16=Z3-1.50.9-0.81.8*Z31 12 23 34 45 56 67 70 05 5101015152020252530303535-4.0-4.0-3.0-3.0-2
7、.0-2.0-1.0-1.00.00.01.01.02.02.0泽尼克系数泽尼克系数(um)在数学上，不规则的二维分布可以用泽尼克函数加以分离。在数学上，不规则的二维分布可以用泽尼克函数加以分离。泽尼克像差项泽尼克像差项散光散光慧差慧差1.1.波前像差的来源波前像差的来源角膜的像差对整个眼睛的影响可以通过角膜地形图或者角膜的像差对整个眼睛的影响可以通过角膜地形图或者波振面感应器来测量。波振面感应器来测量。对于有些人来说对于有些人来说,整个眼睛的波前像差取决于角膜像差整个眼睛的波前像差取决于角膜像差(He,Gwiazda,Held&Thorn,2001)角膜角膜整个眼睛整个眼睛RMS1.13RM
8、S1.17RMSRMS1.76RMSRMS0.65角膜角膜整个眼睛整个眼睛一部分人一部分人,整个眼睛的波前像差相对于角膜像差是减少的。整个眼睛的波前像差相对于角膜像差是减少的。(He,Gwiazda,Held&Thorn,2001)RMS0.93RMS1.49角膜角膜整个眼睛整个眼睛另一部分人另一部分人,整个眼睛的波前像差相对于角膜像差是增加的整个眼睛的波前像差相对于角膜像差是增加的(He,Gwiazda,Held&Thorn,2001)。角膜上和整个眼睛系统的像差关系角膜上和整个眼睛系统的像差关系(He,et al.2003)0102030405060700123整眼像差整眼像差 角膜像差角
9、膜像差眼睛数目眼睛数目波前偏差的均方根值波前偏差的均方根值(um)0.000.000.500.501.001.001.501.50ACACILILWEWE0.000.000.500.501.001.001.501.50a ab b角膜对眼睛第二阶像差影响比较大，但是眼睛内部的成份则影响着更高阶的角膜对眼睛第二阶像差影响比较大，但是眼睛内部的成份则影响着更高阶的像差像差(He,et al.2003)。波前像差均方根值波前像差均方根值(um)2.2.眼睛调节力度对像差的影响眼睛调节力度对像差的影响 波前像差会随着眼睛调节力度的增大而增加波前像差会随着眼睛调节力度的增大而增加(He,Burns&Ma
10、rcos,2000)3.3.波前像差对离焦波前像差对离焦(近视或远视近视或远视)成像的影响成像的影响 波前像差会使视网膜成不对称的离焦像波前像差会使视网膜成不对称的离焦像,这样可以提供信号这样可以提供信号来指导眼睛的调节来指导眼睛的调节(He,Gwiazda,Held&Thorn,2000)-0.75D0.75D4.4.波前像差对视觉灵敏度的影响波前像差对视觉灵敏度的影响 波前像差会使视网膜图像模糊不清因而导致视觉灵敏度的下波前像差会使视网膜图像模糊不清因而导致视觉灵敏度的下降降(Yoon&Willaims,2000)5.5.波前像差对对比敏感性的影响波前像差对对比敏感性的影响 波前像差会使视
11、网膜图像模糊不清因而降低眼睛的对比波前像差会使视网膜图像模糊不清因而降低眼睛的对比敏感性敏感性(Yoon&Willaims,2000)0510152005101520051015200 05 5101015152020Myopic AdultsMyopic AdultsN=184N=184Mean=1.26 Mean=1.26+0.99 0.99 s.d.Emmetropic AdultsEmmetropic Adults N=108 Mean=0.88+0.28 0.28 s.d.Emmetropic ChildrenEmmetropic Children N=166 Mean=1.02+0
12、.34 0.34 s.d.Myopic ChildrenMyopic ChildrenN=174N=174Mean=1.16 Mean=1.16+0.55 0.55 s.d.波前像差均方根值波前像差均方根值(um)发生频率发生频率0.00.00.50.51.01.01.51.52.02.02.52.53.03.03.53.54.04.04.54.55.05.06 6波前像差对近视眼的影响波前像差对近视眼的影响发生频率发生频率7.7.波前像差在波前像差在屈光手术屈光手术的应用的应用常规屈光手术中的波前项差常规屈光手术中的波前项差 a.常规屈光手术能够引起几乎各项的波像差和泽尼克像差。常规屈光手术
13、能够引起几乎各项的波像差和泽尼克像差。b.Lasik 和和 PRK都能产生波前像差，但有其不同之处。都能产生波前像差，但有其不同之处。c.术前术后的像差有很大的相关性术前术后的像差有很大的相关性0.000.501.001.502.002.503.00总体总体像差像差高阶高阶像差像差彗差彗差球差球差波前像差均方根值波前像差均方根值(um)常规角膜屈光手术前后波前像差的分析 波前像差引导准分子手术前后波前像差的分析 总体总体像差像差高阶高阶像差像差彗差彗差球差球差0.000.200.400.600.801.00波前像差均方根值波前像差均方根值(um)使用和不使用波前像差理论引导手术后与手术前的像差
14、值比数0.001.002.003.004.005.00手术后前波前像差均方根之比手术后前波前像差均方根之比总体总体像差像差高阶高阶像差像差彗差彗差 a.术后角膜的生物化学变化。术后角膜的生物化学变化。b.技术的精确性：激光束的光斑大小、形状、频率以及控制技术的精确性：激光束的光斑大小、形状、频率以及控制 等等等等 c.患者从手术中获益程度的大小。还有很多需要考虑的因素患者从手术中获益程度的大小。还有很多需要考虑的因素 包括年龄、眼睛调节力、色像差以及包括年龄、眼睛调节力、色像差以及large field size等等等等.波前像差理论引导手术的挑战8.白内障手术 a.白内障患者术后的像差比常人
15、大的多白内障患者术后的像差比常人大的多 b.不同的白内障患者其术后波前像差都一定有其各自不同的不同的白内障患者其术后波前像差都一定有其各自不同的 变化。变化。c.角膜切口手术比巩膜切口手术产生更大的像差。角膜切口手术比巩膜切口手术产生更大的像差。1.1.与眼折射力的关系与眼折射力的关系当视网膜上波前像差的影响被估算出用来计算眼睛的折射状态，当视网膜上波前像差的影响被估算出用来计算眼睛的折射状态，其误差大概是其误差大概是0.1D,这不同于主观的折射力。这不同于主观的折射力。(Guirao&Williams,2001).对实验的对实验的11只眼，泽尼克像差的离焦和散光与主观的球镜和散光只眼，泽尼克
16、像差的离焦和散光与主观的球镜和散光成线性相关，其相关系数分别为成线性相关，其相关系数分别为0.99和和0.82。(Martin,Merayo-Lloves,Marcos,Barbero,Rodriguez,Llorente,Moreno-Barriuso&Navarro,2001).9.验光上的应用 接触镜对于不同的佩戴着其像差有不同的变化接触镜对于不同的佩戴着其像差有不同的变化010203040506001234non-CLsoft-CLRGP-CL眼睛数目眼睛数目波前像差均方根值波前像差均方根值(um)不佩戴任何镜片佩戴软性隐形镜片佩戴硬性角膜接触镜软质隐形眼镜引起高阶像差，而硬性角膜接触镜引起的主要是散光2345670.00.20.40.60.81.0Non-CLS-CLRGP-CL泽尼克函数的阶数各阶函数的均方根值(微米)不佩戴任何镜片佩戴软性隐形镜片佩戴硬性角膜接触镜
