1.Основные понятия
1.1, аберрация волнового фронта
Свет представляет собой перемещающуюся электромагнитную волну, точечный источник света, выпущенный светом, будет распространяться во всех направлениях в виде волнового фронта, распространение света в процессе фазового соответствия точек, связанных с составом поверхности, называется волновым фронтом, также известным как волновой фронт. В идеальном изображении, точечный источник света через оптическую систему в изображение, должна быть идеальная точка изображения как центр сферы, но в реальном изображении, из-за характеристик изображения оптической системы или из-за дефектов в оптической системе, в результате чего фактический волновой фронт и идеальный волновой фронт не совпадают, разница между фактическим волновым фронтом и идеальным волновым фронтом, то есть аберрация волнового фронта.
Аберрации существуют во всех оптических системах и с точки зрения геометрической оптики могут быть разделены на хроматические и монохроматические аберрации. Монохроматические аберрации можно разделить на пять категорий: сферическая аберрация, кома, кривизна поля, дисперсия и аберрация, и обусловлены они структурой самой преломляющей среды; например, сферическая аберрация возникает из-за того, что края сферической линзы имеют большую преломляющую силу, чем центральная часть. С точки зрения физической оптики аберрация может быть определена как аберрация волнового фронта (или аберрация поверхности волнового фронта). Аберрация волнового фронта является важным показателем качества изображения оптической системы.
1.2. Аберрация человеческого глаза
Нормальный человеческий глаз представляет собой чрезвычайно сложную оптическую систему, которая также имеет аберрации. Источниками аберрации волнового фронта в человеческом глазу являются в основном.
(1) Неудовлетворительная поверхность роговицы и хрусталика;
(2) Роговица не находится на одной оси с хрусталиком и стекловидным телом;
(3) Неравномерность внутреннего материала роговицы и хрусталика и стекловидного тела, что вызывает локальные отклонения показателя преломления.
Сетчатка является наиболее значимым изображением для человеческого глаза, поэтому важно, чтобы аберрация человеческого глаза была точно измерена. Аберрация делится на 2 части, аберрация низкого порядка и аберрация высокого порядка, относительно четкого изображения сетчатки. Аберрация низкого порядка означает размытость или искажение изображения на сетчатке, вызванные рефракционными проблемами, такими как расфокусировка (включая близорукость и дальнозоркость) и астигматизм; аберрация высокого порядка относится к другим оптическим дефектам в рефракционной системе, таким как сферическая аберрация, кометная аберрация и неправильный астигматизм.
Общая аберрация высшего порядка и сферическая аберрация всего глаза значительно увеличиваются с возрастом, в то время как роговичное происхождение существенно не меняется, а хрусталиковое происхождение значительно увеличивается с возрастом и постепенно переходит от отрицательных значений к положительным.
1.3 Оценка и измерение аберрации волнового фронта
Полиномы Цернике — это ряд функций, ортогональных единичной окружности, которые разлагают аберрацию волнового фронта на изображения нескольких порядков и могут быть использованы для количественной оценки аберрации глазной оптической системы. Полином Цернике делится на 35 членов порядка 7, а именно: наклон 1-го порядка (включая 2 члена, обозначаемые C1, C2 соответственно, далее то же самое), дефокус 2-го порядка, астигматизм (C3 — C5), 3-й порядок (C6 — C9), 4-й порядок (c10 — c14), 5-й порядок (c15 — c20), 6-й порядок (c2l -Аберрации после второго порядка — это аберрации высшего порядка, которые являются горячими точками исследований в последние годы, среди которых более важными являются аберрация комы третьего порядка и сферическая аберрация четвертого порядка, в дополнение к вторичному астигматизму, аберрации клевера и т.д. За исключением сферической аберрации четвертого порядка, которая может быть исправлена путем устранения линз сферической аберрации, остальные аберрации высшего порядка не могут быть исправлены с помощью оптических очков. В целом, влияние аберраций низшего порядка на качество оптического изображения больше, чем влияние аберраций высшего порядка, а влияние аберраций Цернике на качество оптики составляют, в порядке убывания, сферическая аберрация, дефокус, астигматизм, аберрация комы, трилистник, клевер, кватролистник и квинтуплет.
Аберрометрия волнового фронта — это новый тип измерительного инструмента, который работает, позволяя направить параллельный пучок света в глаз, сфокусировать его на сетчатке, чтобы получить точку источника света, а затем отразить обратно от сетчатки. Фактическое направление отраженного наружу света может быть измерено с помощью матрицы линз и образует матрицу волнового фронта. Поскольку отраженный свет претерпевает все аберрации окулярной оптической системы, направление должно отклоняться от идеального параллельного направления отраженного света с точки зрения оптического диапазона. Сравнивая эти отклонения, можно рассчитать распределение аберраций всей офтальмологической системы и вывести его на экран в виде трехмерного изображения, которое представляет собой более интуитивно понятную карту аберраций волнового фронта.
2. Аберрация волнового фронта и кератоконус
2.1 Аберрация волнового фронта после кератомилеузиса
Оптические дефекты, такие как близорукость, дальнозоркость и обычный астигматизм, которые снижают зрительную функцию человеческого глаза, могут быть исправлены с помощью оправ, контактных линз или хирургии кератоконуса. Аберрации более высокого порядка, такие как сферические аберрации и аберрации комы, которые также снижают зрительную функцию глаза, могут быть исправлены только с помощью хирургического лечения кератоконуса. Хотя рефракционная хирургия роговицы может улучшить зрение, могут возникнуть и другие зрительные проблемы, такие как блики, ореолы и плохое ночное зрение. Согласно литературным данным, после РК, PRK и LASIK наблюдается значительное увеличение аберраций высшего порядка, особенно третьего порядка эмметропии и четвертого порядка сферической аберрации, и существует значительная корреляция между послеоперационными аберрациями и размером зрачка.
Клинические проявления повышенной аберрации волнового фронта после кератомилеузиса включают: (1) неоптимальное изменение кривизны роговицы; (2) смещение центра среза; (3) неровности роговицы, помутнение роговицы и реакции заживления раны. Это показывает важность определения аберраций волнового фронта после рефракционной хирургии, т.е. для точной оценки результата операции, для улучшения хирургического подхода, а также для распознавания и ведения пациентов, имеющих хорошую остроту зрения, но другие жалобы на качество зрения.
2.2 Индивидуализированная рефракционная хирургия с учетом аберраций волнового фронта
Из-за относительно однородного характера традиционных процедур лазерной рефракционной хирургии послеоперационные аберрации в глазу могут варьироваться по степени и форме от одного человека к другому. У пациентов с миопией часто возникают жалобы и недовольства по поводу качества зрения после операции. Это привело к тому, что многие ученые предложили «индивидуализированную стрижку». Индивидуализированная резка означает лазерную резку с учетом индивидуальных особенностей пациента и имеет два значения: во-первых, это целенаправленная резка специфических аберраций волнового фронта пациента для коррекции аномалий рефракции в традиционном понимании, таких как близорукость, дальнозоркость и астигматизм, а также для коррекции высоких аберраций, таких как кометные аберрации, чтобы пациент мог достичь исключительного зрения после операции. Вторая — целенаправленная коррекция аберраций волнового фронта после лазерной хирургии для улучшения послеоперационных аберраций волнового фронта и повышения остроты зрения.
Индивидуальная резка с учетом аберраций волнового фронта основана на информации, предоставляемой аберрометром волнового фронта, где измеренные аберрации выражаются в виде неровностей на поверхности роговицы, а затем эксимерный лазер используется для точного формирования поверхности роговицы с помощью тонких структур, направленных на то, чтобы сфокусировать каждую точку, проецируемую на роговицу, точно на макулу, тем самым максимизируя потенциальную остроту зрения человеческого глаза. Поэтому конструкция режущего инструмента имеет решающее значение.
Многочисленные клинические исследования показали, что индивидуализированное обрезание с помощью волнового фронта не только уменьшает уже существующие аберрации, но и снижает частоту возникновения аберраций, вызванных хирургическим вмешательством. Уменьшенная глубина разреза по сравнению с обычной операцией предотвращает отек роговицы и большое количество аберраций, полученных хирургическим путем, улучшает послеоперационное субнормальное ночное зрение и обеспечивает более широкое послеоперационное поле зрения, что приводит к улучшению зрения невооруженным глазом и качества зрения. Кроме того, методы аберрации волнового фронта могут использоваться для выявления пострефракционных осложнений, таких как центральный остров и внецентренные разрезы, и затем направлять лазер для дальнейшего точного формирования поверхности роговицы, исправляя аберрации пациента и улучшая остроту и качество зрения пациента.
Однако индивидуализированная резка с учетом аберраций волнового фронта подходит не всем людям, и эта методика более эффективна при низких и умеренных аномалиях рефракции, но менее эффективна при высоких и сверхвысоких аномалиях рефракции. Индивидуальная огранка еще не устраняет эффекты дифракции и хроматической аберрации; устранение аберраций более высокого порядка повышает качество центрального зрения, но снижает качество периферического зрения, и этот выбор должен быть взвешенным.
3. аберрация волнового фронта и катаракта, ИОЛ
Хрусталик играет важную роль в компенсации аберраций роговицы, и изменения в хрусталике могут влиять на аберрации человеческого глаза. Таким образом, аберрационные методы могут быть использованы как для оценки влияния катаракты и ее хирургического лечения на качество зрения, так и для изучения дизайна и выбора ИОЛ, а также для совершенствования методов хирургии катаракты с целью обеспечения наилучшего качества зрения у пациентов после катаракты.
3.1. Аберрация волнового фронта в глазах с катарактой
Различия в аберрации волнового фронта вызваны различиями в расположении и степени помутнения хрусталика. Кома является основным компонентом при кортикальной катаракте, в то время как различные сферические аберрации являются основным компонентом при ядерной катаракте. Все ядерные катаракты имеют отрицательные сферические аберрации, а все кортикальные катаракты имеют положительные сферические аберрации. У многих пациентов с катарактой на ранней стадии зрение еще хорошее, но есть симптомы затуманенного зрения, светобоязни, монокулярной диплопии или даже тройного зрения, что может быть результатом повышенной сферической аберрации, а также вторичного астигматизма.
3.2. Аберрация волнового фронта в глазах с катарактой и ИОЛ
Исследования показали, что все аберрации в глазах с ИОЛ больше, чем в глазах с естественными линзами. Причины этого в основном три.
(1) Оптические свойства, размер и структура двух кристаллов сильно отличаются. Естественная линза имеет разную плотность, показатель преломления и преломляющую силу, ее толщина меняется при настройке, а показатель преломления периферийной части линзы меньше, чем центральной, что может противодействовать сферической аберрации. Эти характеристики отсутствуют у искусственных линз. Сферическая аберрация ИОЛ также зависит от материала и конструкции и увеличивается при увеличении зрачка, поэтому после операции по удалению катаракты в глазах с ИОЛ наблюдается затуманенное зрение и блики в ночное время.
(2) Изменения в относительных отношениях между ИОЛ и роговицей; аберрация человеческого глаза в основном состоит из аберрации роговицы и внутренней аберрации (в основном хрусталика). Роговица имеет положительную сферическую аберрацию с меньшим отклонением, в то время как прозрачная линза имеет отрицательную сферическую аберрацию и может компенсировать положительную сферическую аберрацию роговицы. ИОЛ, используемые в настоящее время в клинической практике, представляют собой биконвексные или планоконвексные конструкции, которые не балансируют аберрации роговицы, увеличивая сферическую аберрацию и вызывая снижение качества зрения.
(3) Хирургия оказывает влияние на роговицу.
3.3. Аберрация волнового фронта и дизайн ИОЛ
Общепринято, что идеальная ИОЛ должна быть разработана таким образом, чтобы не только улучшать остроту зрения пациента, но и компенсировать аберрацию роговицы и максимально снизить общую аберрацию. Имплантация асферической ИОЛ с отрицательной сферической аберрацией может уменьшить сферическую аберрацию человеческого глаза, повышая контрастную чувствительность у амблиопичных пациентов и обеспечивая им лучшее качество зрения. В последние годы асферические ИОЛ стали более совершенными благодаря применению технологии аберрации волнового фронта при разработке катаракты и ИОЛ. Основные концепции дизайна асферических ИОЛ, используемые в настоящее время в клинической практике, делятся на 3 категории.
(1) ИОЛ с нулевой сферической аберрацией: имплантация в глаз не изменяет исходную сферическую аберрацию в глазу.
(2) Асферические ИОЛ со сферической аберрацией -0,27 мкм: имплантируются в глаз для противодействия положительной сферической аберрации роговицы, что приводит к нулевой сферической аберрации во всем глазу.
(3) Асферическая ИОЛ со сферической аберрацией -0,20 мкм: частично противодействует положительной сферической аберрации роговицы после имплантации, сохраняя сферическую аберрацию +0,10 мкм во всем глазу, в соответствии с характеристиками сферической аберрации молодого населения. Сферическая аберрация роговицы должна быть измерена до операции при выборе ИОЛ.
4. Outlook
Применение технологии аберрации волнового фронта в офтальмологии является важной вехой, поскольку она может точно и объективно описывать характеристики изображения человеческого глаза, делая возможным для людей иметь идеальное зрение, и ее применение в офтальмологических клиниках приобретает все большее значение. Однако в рефракционной хирургии вопросы о том, как разработать устранение аберраций при индивидуализированной резке и какие аберрации устранять, остаются нерешенными, а оптимизация рефракционной хирургии с наведением волнового фронта по-прежнему остается очень важной проблемой. Применение технологии аберрации волнового фронта в области хирургии катаракты пока не может быть по-настоящему индивидуализированным. Поэтому еще предстоит пройти долгий путь, прежде чем аберрация волнового фронта сможет идеально применяться в офтальмологических клиниках.