Глаз , как и любая другая оптическая система, страдает от ряда специфических оптических аберраций . Оптическое качество глаза ограничивается оптическими аберрациями, дифракцией и рассеиванием . [1] Коррекция сфероцилиндрических рефракционных ошибок стала возможной почти два столетия спустя после разработки Эйри методов измерения и исправления астигматизма глаза. Только недавно [ когда? ] стало возможным измерять аберрации глаза , а с появлением рефракционной хирургии может оказаться возможным исправление определенных типов нерегулярного астигматизма.
Появление жалоб на зрение, таких как ореолы , блики и монокулярная диплопия после рефракционной хирургии роговицы, давно коррелирует с индукцией оптических аберраций. Несколько механизмов могут объяснить увеличение количества аберраций более высокого порядка при обычных рефракционных процедурах с использованием эксимерного лазера: изменение формы роговицы в сторону сплющенности или вытянутости (после миопической и гиперметропической абляции соответственно), недостаточный размер оптической зоны и несовершенная центрация. Эти неблагоприятные эффекты особенно заметны при большом зрачке. [2]
Волновой фронт — это поверхность, на которой оптическое возмущение имеет постоянную фазу. Лучи и волновые фронты — это два взаимодополняющих подхода к распространению света. Волновые фронты всегда нормальны (перпендикулярны) лучам.
Для того чтобы свет сходился в идеальную точку, волновой фронт, выходящий из оптической системы, должен быть идеальной сферой с центром в точке изображения. Расстояние в микрометрах между фактическим волновым фронтом и идеальным волновым фронтом — это аберрация волнового фронта, которая является стандартным методом отображения аберраций глаза. Таким образом, аберрации глаза — это разница между двумя поверхностями: идеальным и фактическим волновым фронтом.
В нормальной популяции доминирующими аберрациями являются обычные сфероцилиндрические ошибки фокусировки второго порядка, которые называются рефракционными ошибками . Аберрации более высокого порядка являются относительно небольшим компонентом, составляющим около 10% от всех аберраций глаза. [3] Аберрации более высокого порядка увеличиваются с возрастом, и между правым и левым глазом существует зеркальная симметрия. [4]
В нескольких исследованиях сообщалось о компенсации аберрации роговицы аберрацией хрусталика. Сферическая аберрация роговицы обычно положительная, тогда как молодой хрусталик демонстрирует отрицательную сферическую аберрацию. Кроме того, имеются веские доказательства компенсации аберраций между роговицей и интраокулярной оптикой в случаях астигматизма (горизонтального/вертикального) и горизонтальной комы. Баланс роговичных и внутренних аберраций является типичным примером создания двух сопряженных оптических систем. [5]
Аккомодационная реакция глаза приводит к изменению формы хрусталика и существенно влияет на картину аберрации волнового фронта. Большинство глаз демонстрируют положительную сферическую аберрацию, когда они не аккомодированы, с тенденцией к отрицательной сферической аберрации при аккомодации. [1]
Аберрации низшего порядка включают миопию (положительную дефокусировку), гиперметропию (отрицательную дефокусировку) и регулярный астигматизм . Другие аберрации низшего порядка — это визуально не значимые аберрации, известные как аберрации первого порядка, такие как призмы и аберрации нулевого порядка (поршень). Аберрации низшего порядка составляют примерно 90% от общей волновой аберрации в глазу. [5] [6]
Существует множество аберраций более высокого порядка, из которых клинический интерес представляют только сферическая аберрация , кома и трилистник .
Сферическая аберрация — это термин, используемый в клинической практике для обозначения сферических аберраций четвертого порядка. Этот термин не следует путать со сферическими полиномами Цернике, которые являются просто полиномами Цернике с азимутальной степенью, равной нулю; на самом деле, можно математически описать дефокусировку, аберрацию более низкого (второго) порядка, как сферическую аберрацию второго порядка. Однако в этом клиническом контексте сферическая аберрация относится к сферическим аберрациям четвертого порядка. Сферическая аберрация является причиной ночной миопии и обычно увеличивается после миопического LASIK и поверхностной абляции. Она приводит к появлению ореолов вокруг точечных изображений. Сферическая аберрация усугубляет миопию при слабом освещении (ночную миопию). В более ярких условиях зрачок сужается, блокируя больше периферических лучей и минимизируя эффект сферической аберрации. По мере увеличения зрачка в глаз попадает больше периферических лучей, и фокус смещается вперед, делая пациента немного более близоруким в условиях слабого освещения. Эффект сферической аберрации (аберрация четвертого порядка) увеличивается как четвертая степень диаметра зрачка. Удвоение диаметра зрачка увеличивает компонент сферической аберрации в 16 раз. [7] Таким образом, небольшое изменение размера зрачка может вызвать значительное изменение сферической аберрации. Эту возможность следует учитывать у пациентов, у которых наблюдается нестабильное зрение, несмотря на хорошо зажившую роговицу после кераторефракционной операции.
Кома (аберрация третьего порядка) часто встречается у пациентов с децентрированной трансплантацией роговицы , кератоконусом и децентрированной лазерной абляцией.
Трилистник (аберрация третьего порядка) приводит к меньшему ухудшению качества изображения по сравнению с комой аналогичной величины RMS. [6]
В целом, увеличение общей волновой аберрации с размером зрачка, как сообщается, увеличивается примерно до второй степени радиуса зрачка. Это связано с тем, что большая часть волновой аберрации обусловлена аберрациями 2-го порядка, которые имеют квадратичную зависимость радиуса. [5]
Описано много методов измерения аберраций глаза. Наиболее распространенным методом является аберрометрия Шака-Гартмана. Другие методы включают системы Чернинга, трассировку лучей и методы скиаскопии. [2] [8]
Количественные сравнения между различными глазами и состояниями обычно проводятся с использованием RMS (среднеквадратичного). Измерение RMS для каждого типа аберрации включает возведение в квадрат разницы между аберрацией и средним значением и усреднение ее по площади зрачка. Различные виды аберраций могут иметь одинаковое RMS по всему зрачку, но иметь разное влияние на зрение, поэтому ошибка RMS не связана с визуальной производительностью. Большинство глаз имеют общие значения RMS менее 0,3 мкм. [6]
Наиболее распространенный метод классификации форм карт аберраций — рассматривать каждую карту как сумму фундаментальных форм или базисных функций. Одним из популярных наборов базисных функций являются полиномы Цернике . [2] Каждая аберрация может иметь положительное или отрицательное значение и вызывать предсказуемые изменения качества изображения. [9] Поскольку нет ограничений на количество терминов, которые могут использоваться полиномами Цернике, ученые, изучающие зрение, используют первые 15 полиномов, основываясь на том факте, что их достаточно для получения высокоточного описания наиболее распространенных аберраций, обнаруженных в человеческом глазу. [10] Среди них наиболее важными коэффициентами Цернике, влияющими на качество зрения, являются кома, сферическая аберрация и трилистник. [6]
Полиномы Цернике обычно выражаются в терминах полярных координат (ρ,θ), где ρ — радиальная координата, а θ — угол. Преимущество выражения аберраций в терминах этих полиномов заключается в том, что полиномы независимы друг от друга. Для каждого полинома среднее значение аберрации поперек зрачка равно нулю, а значение коэффициента дает среднеквадратичную ошибку для этой конкретной аберрации (т. е. коэффициенты показывают относительный вклад каждой моды Цернике в общую ошибку волнового фронта в глазу). [4] Однако эти полиномы имеют тот недостаток, что их коэффициенты действительны только для конкретного диаметра зрачка, для которого они определены.
В каждом полиноме Цернике нижний индекс n — это порядок аберрации , все полиномы Цернике, в которых n=3, называются аберрациями третьего порядка, а все полиномы с n=4 — аберрациями четвертого порядка и т. д. и обычно называются вторичным астигматизмом и не должны вызывать путаницы. Верхний индекс m называется угловой частотой и обозначает количество повторений паттерна волнового фронта. [4]
Список режимов Цернике и их общепринятые названия: [11]
Аберрации низкого порядка (гиперметропия, миопия и регулярный астигматизм) можно исправить с помощью очков , мягких контактных линз и рефракционной хирургии . Ни очки, ни мягкие контактные линзы, ни рутинная кераторефракционная хирургия не исправляют аберрации высокого порядка. Значительная аберрация высокого порядка обычно требует жесткой газопроницаемой контактной линзы для оптимальной зрительной реабилитации. [6]
Индивидуальные рефракционные лазерные процедуры на роговице с использованием волнового фронта предназначены для уменьшения существующих аберраций и предотвращения создания новых аберраций. [6] Карта волнового фронта глаза может быть перенесена в систему Lasik и позволит хирургу лечить аберрацию. Требуется идеальное совмещение лечения и зрачка, на котором измеряется волновой фронт, что обычно достигается путем обнаружения особенностей радужной оболочки. Для лечения необходимы эффективная система отслеживания глаза и лазер небольшого размера. Индивидуальная настройка волнового фронта абляции увеличивает глубину абляции, поскольку для компенсации аберраций высокого порядка необходимо удалить дополнительную ткань роговицы. [2] Фактические результаты с использованием волнового фронта LASIK показали, что он не только не может удалить HOA, но и увеличивает оптические аберрации. Однако величина увеличения аберраций меньше, чем при обычном Lasik. [12] Оптические аберрации роговицы после фоторефракционной кератэктомии с большей зоной абляции и переходной зоной менее выражены и более физиологичны, чем те, которые связаны с абляцией первого поколения (5 мм) без переходной зоны. [13] Предстоящий систематический обзор будет направлен на сравнение безопасности и эффективности рефракционной хирургии с использованием эксимерного лазера волнового фронта с обычной рефракционной хирургией с использованием эксимерного лазера и будет измерять различия в остаточных аберрациях более высокого порядка между двумя процедурами. [14]
Асферические интраокулярные линзы (ИОЛ) использовались в клинической практике для компенсации положительных сферических аберраций роговицы. Хотя асферические ИОЛ могут обеспечивать лучшую контрастную чувствительность, сомнительно, что они оказывают благоприятное воздействие на остроту зрения вдаль. Обычные (не асферические) ИОЛ обеспечивают лучшую глубину фокуса и лучшее зрение вблизи. Причина улучшения глубины фокуса в обычных линзах связана с остаточной сферической аберрацией. Небольшое улучшение глубины фокуса с обычными ИОЛ улучшает некорректированное зрение вблизи и способствует способности читать. [15]
Индивидуальные линзы Wavefront могут использоваться в очках. На основе карты Wavefront глаза и с использованием лазера формируется линза, компенсирующая аберрации глаза, а затем вставляется в очки. Ультрафиолетовый лазер может изменять показатель преломления материалов для линз-занавесок, таких как эпоксидный полимер, по точкам, чтобы создать желаемый профиль преломления. [1]
Контактные линзы Wavefront, изготовленные по индивидуальному заказу, теоретически могут исправить HOA. Вращение и децентрация снижают предсказуемость этого метода. [1]
