ОПТИКА ГЛАЗА

Координатор: к.ф.-м.н. Ларичев А.В.

Рис. 1

Рис. 2

Рис. 3

Рис. 4

Рис. 5

Хорошо известно, что человеческий глаз - не идеальная оптическая система. Роговица, хрусталик и стекловидное тело являются источниками оптических аберраций. Как правило, человеческий глаз без паталогий рефракции (миопия и астигматизм) является дифракционно-ограниченной системой при диаметре зрачка порядка 2 мм. При более широком зрачке аберрации существенно снижают остроту зрения.

Существуют две проблемы, для которых точное измерение аберраций глаза жизненно необходимо: эксимерная лазерная коррекция зрения и клиническая диагностика сетчатки.

Лазерная коррекция зрения, например ЛАСИК, использующая новые лазеры с "летающим пятном", требует точного знания полных (а не только вызванных роговицей) аберраций глаза. В этом случае появляется возможность проведения персонализированной абляции и увеличения вероятности успешных операций.

Среди методов измерения аберраций следует выделить датчик волнового фронта Шака-Гартмана. Большинство операционных комплексов по проведению персонализированной абляции (VISX, Carl Zeiss Meditec, etc) используют именно такой датчик. Рис. 1 иллюстрирует принцип измерения аберраций, использующий стандартный датчик Шака-Гартмана.

Лазерный луч малой мощности, фокусируясь на сетчатке глаза, создает виртуальный точечный источник. Рассеяное лазерное излучение отражается назад и приобретает аберрации, вызванные стекловидным телом, хрусталиком и роговицей. С помощью линзового растра (рис. 2) формируется картина искаженного волнового фронта, состоящая из регулярно расположенных точек (т.н. гартманограмма) (рис. 3). Смещения точек от узлов сетки пропорциональны локальным наклонам волнового фронта, который может быть затем восстановлен в виде разложения по полиномам Цернике [ см. Полиномы Цернике ].

В действительности аберрации живого человеческого глаза не являются постоянными по причине многих факторов, таких как изменение состояния слезной пленки, флуктуации аккомодации и прочих.

Таким образом, измерения «по одному кадру» не предоставляют каких-либо достоверных результатов для диагностики и лечения глазных паталогий. Наша исследовательская группа была одной из первых, кто предложил и воплотил в жизнь принцип динамической аберрометрии. В динамической аберрометрии аберрации глаза измеряются с временным разрешением, превышающим наиболее короткий период флуктуаций аберраций глаза. Поскольку спектр флуктуаций аберраций (рис. 4) состредоточен в полосе частот 10-12 Гц, то частота их регистрации должна превышать 20-25 Гц. Имея серию результатов динамических измерений, можно (автоматически или вручную) рассчитать наиболее значительные и постоянные аберрации, которые необходимо исправить с помощью методов рефракционной коррекции. Наш постер "Использование динамической аберрометрии для измерения и тестирования остроты зрения" (PDF, 1.55 Mb) содержит более детальную информацию по динамической аберрометрии.

В течение последних нескольких лет мы разработали несколько приборов для измерения аберраций человеческого глаза в реальном масштабе времени (до 80 измерений в секунду). Уникальной особенностью этих приборов является сканирующий опорный источник, который существенно повышает точность и скорость измерений (патент США #US 6331059 B1, патент РФ #2268637). Прибор снабжен мощным программным обеспечением для анализа данных и экспорта их в другие программы. Более подробное описание прибора можно найти [ здесь ].

Другой аспект деятельности нашей группы в области оптики зрения заключается в изучении влияния различных аберраций на остроту зрения. Для проведения исследований мы (совместно с доктором М. Мрохеном (M.Mrochen, в настоящее время он работает в IROC AG)* из Швейцарского Национального Технологического Института) создали динамический аберрометр с адаптивной оптикой. Этот прибор (рис. 5) содержит в своей конструкции деформируемое зеркало, способное компенсировать аберрации вплоть до 4-го порядка (такие как кома, трилистник, сферическая аберрация и т.д.)  [ см. Полиномы Цернике ]. Аберрации человеческого глаза могут быть скомпенсированы (или просто определены) автоматически в то время, когда пациент смотрит на специальную мишень. Таким образом, с помощью прибора можно изучать влияние аберраций на остроту зрения конкретного человека и симулировать результаты процедуры персонализированной коррекции рефракции.

Главной областью применения этих приборов является проведение исследований по оптике зрения, таких как изучение динамики аберраций, аккомодации и т.д. В настоящее время аберрометр MultiSpot-1000 запущен в серийное производство компанией «Визионика».

Разработана версия прибора с интерфейсом для российской эксимерной лазерной системы MicroScan 2000. [ Центр физического приборостроения ]

ПУБЛИКАЦИИ:

А.В.Ларичев, П.В.Иванов, Н.Г.Ирошников, В.И.Шмальгаузен, Л.Дж.Оттен, Адаптивная система для регистрации изображения глазного дна, Квантовая электроника, 32, №10 (2002) 

A. Larichev, P. Ivanov, I. Irochnikov, S.C. Nemeth, A. Edwards, P. Soliz, High Speed Measurement of Human Eye Aberrations with Shack-Hartman Sensor. [ARVO Abstract] Invest Ophthalmol Vis Sci., 42 (2001) 897

A.V.Larichev, P.V.Ivanov, I.G.Irochnikov, V.I.Shmal'gauzen, Measurement of eye aberrations in a speckle field, Quantum Electronics, 31 (2001) 1108

П.В. Иванов. Диссертация на соискание ученой степени кандидата наук (предварительная версия). Глава 2. "Влияние модуляции интенсивности на эффективность работы адаптивных оптических систем", 2003

П.В. Иванов. Диссертация на соискание ученой степени кандидата наук (предварительная версия). Глава 3. "Адаптивная коррекция аберраций глаза", 2003

М.Г. Яблоков, В.А. Мачехин, А.В. Дога, М.Г. Колотов, С.К. Вартапетов, А.В. Ларичев, Н.Г. Ирошников, Результаты исследований волнового фронта на первом отечественном аберрометре «Мультиспот-250», Офтальмохирургия, №2, (2005)

Jos j. Roesema, Dirk E.M. Van Dyck, M.-J. Tassignon, Clinical comparison of 6 aberrometers. Part 1: Technical specifications, J Cataract Refract Surg 2005; 31:1114–1127

Jos j. Roesema, Dirk E.M. Van Dyck, Micha Pauw, Bas van Der Spek, M.-J. Tassignon, Clinical comparison of 5 commercially available aberrometers II: statistical comparison on a test group

N. G. Iroshnikov, A. V. Larichev, Adaptive optics in ophthalmology, Proc. SPIE Vol. 6284, 62840B. Sep 2006

Goncharov A.S., Larichev A.V., Iroshnikov N.G., Ivanov V.Yu., Gorbunov S.A., Modal tomography of human eye aberrations, Laser Physics, 2006, V.16, N12, p.1689.

Goncharov A.S., Larichev A.V., Speckle Structure of a Light Field Scattered by Human Eye Retina, Laser Physics, 2007, V.17, N9, p.1157-1165