为了实现波前引导的角膜屈光性手术,波前像差的准确测量是很重要的。由于商业的重视,新仪器在不断涌现。
波前检测仪大体分为主观性和客观性两种类型。主观法需要被检查者的配合,因此通常耗时较长。被检查者的移动以及需要配合是这种检查方法的缺点。客观性检查法需要用成像系统分析从视网膜上反射回的信息。因为反射回来的信息是从脉络膜视网膜多层次而来的,因此参照焦点平面并不像主观法那样定义的准确,它是由视网膜上光感受器细胞的感光程度而决定的。将光线回射到波前检测仪的那部分脉络膜视网膜在光感受器细胞平面大概占200微米的空间。眼睛的轴长大约为23毫米。所以,会有大约1%(200微米/23毫米)的误差。眼睛的屈光度约为60D。因此,客观性波前检测法可允许有0.6D的误差。对于散光,甚至更高阶的屈光问题,1%的误差一般是可以忽略的。由于焦点平面的不确定因素相当小,因此只有在纠正球性屈光不正时才很重要。
波前检测还可以用获得光学信息的种类来进行分类。
(1) 外向型波前测量法
这种检测方法的主要特点是,波前像差的形式是由光线射出眼睛而定义的,因此被称为“外向型”。这种波前检测是由Shack-Hartmann 原理进行描述的。
为了更好的理解,让我们回顾一下这种波前检测的历史。它的早期应用是在20世纪早期,Hartmann首次描述了这个原理。后来以Hartmann屏的形式应用在光学测量上[6]。在70年代早期,Shack改进了Hartmann技术[7],后来被广泛应用在了天文学上,被宇航员用于测量大气引起的光学像差。1944年,梁开始应用这种原理测量人眼的屈光误差和高阶相差。
Shack-Hartmann波前检测的原理是基于一束激光的反射(直径大约为1毫米),这束激光被聚焦在人眼黄斑上,反射出来的光线通过人眼的折射系统,射出眼睛,从而形成了波前像差的形式,被位于瞳孔入口处的CCD照相机捕获到。由许多微小透镜排列而成的透镜组会把反射出来的光线的波前分成若干个更小的波前,每个波前则被聚焦成一个光点。光点相对于微小透镜的光轴在空间上的位移,则直接显示了此处波前的倾斜情况以及整个眼睛波前的形态。
这种波前探测方法的局限性在于,由于黄斑下脉络膜的干扰会产生散射,也就是说会产生干扰性的回波。但是,由于视轴的长度,这可以忽略不计。另外激光光源中的小斑点以及黄斑部被照亮的程度以及质量也会限制波前检测的准确性。采集频率的提高有助于波前探测达到一个理想的程度。
(2) 视网膜成像波前测量法
这种方法的主要特点是,波前像差的形式是由在视网膜上成像的偏差而定义的,因此叫“视网膜成像”法。这种波前检测的形式是由Tscherning原理来进行描述的。
这种方法的首次应用是在19世纪末,当时Tscherning在阐述人眼的单频像差时首次描述了这个原理[9]。但是,视光学的带头人,包括Gullstrand,在那时却并不支持Tscherning的理论,因此并没有得到广泛的接受。直到1977年Howland应用Tcherning的像差显示仪的设计并用交叉柱镜进行了改进,用于主观测量人眼的单频像差。近来Seiler进行了改进,将间距1毫米的网格投射在视网膜上,同时,这种设计还带有一个同轴的光学系统,能够可视化地用图像来表示像差图。之后,乌克兰的Molebny等人改进了这种技术,设计了一种视网膜光线示踪仪,在这种仪器中,单一的光线连续的投射并在视网膜上成像。连续的视网膜光点位置的示踪在整体上就可反映波前像差的整体情况。
激光束经校准平行后通过一个13×13的光点蒙版,从而产生整齐排列的168个光点(遮蔽中心点),在视网膜上成像。在经过眼介质时,光点的排列会由于介质的不规则而产生像差,这种扭曲的光点排列会通过一个同轴的相机记录下来,光点和无像差时光点位置的偏差可用于精确计算波前的形态(Seiler法)。
这种波前探测的局限性在于,在光束的位置偏离计算中,要用到一个理想化的人眼模型(Gullstrand模型眼)。这个模型,实际上是根据常人眼的屈光误差不断调节,以达到理想的同轴状态,从而实现理想化的。
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