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1、准分子激光矫正眼屈光不正和视觉像差的技术 1 Lasik手术过程 1 Lasik手术过程 2 1准备手术 2用板层刀切削角膜 3将角膜瓣掀起 4激光对焦 Lasik手术过程 3 5激光治疗 6角膜瓣恢复 手术结束 看一段录像 有关LASIK手术过程 一 人眼视光学原理 6 人眼构造及其光学特性 人眼屈光系统可以大致看作是一套复杂的由多个光学元件所构成的同心共轴屈光系统 光线经过角膜前表面 角膜基质 角膜后表面 房水 晶状体前表面 晶状体基质及核 晶状体后表面 玻璃体这样一系列的屈光介质的屈光作用 才最终到达视网膜而成像 屈光度的概念 透镜的屈光是指透镜的折光能力 称屈光度 Dioper D 通
2、常用D代表 平行光通过某一透镜后在1m处集合成为焦点 该透镜的屈光力量为一个屈光度 0 5m则为2个屈光度 如用f代表焦距 则D 1 f 曲率半径 Gullstrand设计眼 角膜前表面屈光力计算 式中 Da角膜前表面屈光力 n 角膜的屈光指数 1 376 n空气的屈光指数通常为1 r1角膜前表面曲率半径 7 7mm 得Da 48 83D 即角膜前表面屈光力为48 83D 角膜曲率变化对屈光率的影响 二 激光与生物组织的相互作用 激光与生物组织相互作用的五种类型 193nm准分子激光对角膜组织的生物反应 波长为193nm的ArF准分子激光 进行屈光手术的机理就是光化学效应 准分子激光单个光子的
3、能量大约是6 4eV 而角膜组织中肽键与碳链分子键的结合能量仅为3 6eV 当其高能量的光子照射到角膜组织之后 直接将组织内的分子键打断 导致角膜组织碎裂而达到消融切割组织的目的 并且由于准分子激光脉宽短 10 20ns 又是光化学效应切除 对切除周围组织的机械损伤和热损伤极小 0 30 m 因此 准分子激光在屈光性角膜切除术中发挥了巨大作用 准分子激光在头发丝上的消融 193nm准分子激光高斯光束的切削量与能量密度的关系 激光的蚀除深度与入射激光强度的关系 其中为蚀除深度 m 为入射激光能量密度 mJ cm 为临界切削能量密度 阈值 为角膜能量吸收系数 m 我们采用的激光能量为每个脉冲的能量
4、13mJ 实际衰减后激光到达角膜的能量为2 3mJ 光斑近似1 2mm的圆光斑 因此能量密度Ep 130 200mJ cm2 角膜的吸收系数为大约介于3 7 3 99 m 1之间 临界切削能量密度为40mJ cm2 60mJ cm2 根据公式可以得到 单个激光脉冲角膜切削量应在0 18 m 0 43 m 经过实验 我们所采用的激光器的单个激光脉冲角膜切削量为0 22 m 193nm准分子激光得到的兔子角膜的消融曲线 激光光斑与切削表面粗糙度关系 叠加的方式 层间的叠加示意图 层内叠加示意图 片层划分示意图 激光光斑能量分布图 OPTEX LambdaPhysik 193nm 项目组采用的是德国
5、LAMBDAPHYSIK公司生产的OPTex型ArF激光器 它的基本参数是 波长193nm 每个脉冲的能量13mJ 以低频状态工作 最大平均功率2W 最高频率200Hz 脉冲宽度 FWHM 8ns 激光光斑的能量分布对表面的影响 裂隙灯照片 三 屈光矫正数学模型 屈光不正 纯近视远视 A 正视B 远视C 近视 屈光不正 散光 散光的五种情况 单纯近视矫正模型 例 5D的近视 初始角膜屈光度为48 83D 切削后角膜屈光度为43 83D 即角膜前表面的曲率半径从7 7mm增加到8 6mm 如果手术区域直径为5mm 则在光轴处角膜切削量需为44 6 m 即能够矫正 5D的近视 单纯近视矫正模型 切
6、削深度与近视屈光程度 术区直径关系示意图 单纯远视矫正模型 例如 5D的远视 初始角膜屈光度为48 83D 切削后角膜屈光度为53 83D 即角膜前表面曲率半径从7 7mm减小到7 0mm 如果手术区域直径为5mm 则在术区边缘最大的切削量为45 44 m即能够矫正 5D的远视 单纯远视矫正模型 切削深度与远视屈光程度 术区直径关系示意图 单纯远视矫正模型 远视眼切削区域边缘部分示意图 复性近视散光数学模型 1 建立初始角膜的方程 初始角膜的方程为 复性近视散光数学模型 2 最终的角膜切削成一个球的形状 复性远视散光数学模型 1 最终角膜的球形 复性远视散光数学模型 2 边界的处理 单纯近视散
7、光数学模型 对于单纯近视散光可以看成是复性近视散光的一个特例 即不失一般性 如图3 23所示 使Rf Rix 单纯远视散光数学模型 对于单纯远视散光可以看成是复性远视散光的一个特例 即不失一般性 如图3 24所示 使Rf Riy 混合散光数学模型 混合散光切削模型可以转换为下列两种组合方式 均可达到矫正混合散光的目的 1 纯近视 单纯远视散光 2 纯远视 单纯近视散光 散光轴位处理 散光数学模型中初始及最终角膜曲率的确定 四 人眼波前像差及其矫正技术 概念表示测量矫正 波前像差感性认识 哈勃望远镜矫正波前像差前后传回的星图 消除高阶像差后的视觉效果 存在高阶像差的视觉效果 波前像差概念 1 波
8、前像差概念 2 波前像差成因 对于人眼 像面在视网膜的准确聚焦并不能保证视网膜成像的高度清晰 其像差主要来源于光学系统的缺陷 1 角膜和晶体表面不理想 其表面存在局部偏差 2 角膜与晶体不同轴 3 角膜和晶体的内含物不均匀 以致折射率有局部偏差 从而使经过偏差部位的光线偏离了理想光路 以致物体上一点在视网膜的对应点不是一个理想像点 而是一个发散光斑 其结果是整个视网膜对比度下降 视觉模糊 波前像差表示 1像差图2zernike多项式 波前像差表示 像差图 波前像差表示 zernike 1 用于表示波前OPD 光学路径差异 opticalpathdifference 的Zernike多项式为 波
9、前像差表示 zernike 2 波前像差表示 zernike 3 Z0 Z3 Z4 Z7 Z8 Z11 波前像差表示 zernike 4 前九项Zernike多项式项对应的传统的光学像差 波前像差表示 zernike 5 第二价Zernike多项式与屈光不正的关系 像差的测量 1 像差的测量 2 波前像差转化为角膜切削量数学模型 波前像差转化为角膜切削量数学模型 边界的处理 准分子激光人眼像差矫正系统 波前像差仪 计算机 控制板卡 激光器 准分子激光束 光学部分 X Y扫描器 自动跟踪系统 角膜 准分子激光切削角膜的装置 准分子激光人眼像差矫正系统VS传统准分子激光治疗仪 五 准分子激光眼科治
10、疗机实现技术 硬件系统软件系统三个关键技术 准分子激光手术治疗仪的过程原理框图 准分子激光眼科治疗机硬件系统 1 准分子激光手术治疗仪的光路原理框图 准分子激光眼科治疗机硬件系统 2 准分子激光眼科治疗机软件系统 控制软件的界面 1 控制软件的界面 2 准分子激光眼科治疗机工作流程 准分子激光眼科治疗机关键技术 飞点扫描技术 飞点扫描 即激光束以每秒发射200个脉冲以上的频率高速扫描角膜组织 飞点扫描是在程序控制下 使激光脉冲在设定的手术区域内按程序设定的算法进行两个方向的扫描以到达角膜上特定点的方法 飞点扫描技术克服了传统切削技术的弊端 如阶梯效应 中央岛 激光能量不均匀导致的不规则散光等等 该技术要求激光束的光斑为小光斑 角膜的飞点式扫描切削技术 二种切削模式 光斑式 扫描式光斑式又分为大光斑和小光斑大光斑式切削容易导致中心岛效应和角膜混浊等飞点式扫描 每个激光光点打到角膜上的位置是随机的 而且每两个连续光点的位置并不相邻 激光射到角膜表面上某一点到激光射到其临近一点的时间远远大于角膜热驰豫时间 有利于角膜散热 从而能获得完美的光滑角膜表面 效果的比较 2002年7月29日裂隙灯照射PMMA板的图像 人眼的高速自动跟踪技术 跟踪速度能达到1 2KHz 远远高于其他同类产品300Hz的速度 准分子激光眼科手术治疗仪 图片 准分子激光眼科手术治疗仪 图片
