一種個(gè)性化視覺矯正的角膜切削方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種個(gè)性化視覺矯正的角膜切削方法，尤其涉及一種采用逆光線追跡 法來設(shè)計(jì)個(gè)性化人眼視覺矯正的角膜切削方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 日常生活中，人們的信息大多數(shù)是通過眼睛來獲取的，正因?yàn)橥ㄟ^視覺獲取的信 息對(duì)我們的生活有重要意義，所以視覺方面的研究顯得尤其重要。在當(dāng)代社會(huì)有不少的人 由于多種不同的原因造成不正常視力，給他們的生活帶來諸多的不便。其中，最常見的視力 問題是近視眼。導(dǎo)致近視眼形成的因數(shù)也有很多，比較常見的原因有：一，由于眼睛的角膜 過度彎曲（即角膜前表面的曲率半徑小于正常人眼的角膜曲率半徑）使成像的聚焦位置不 能呈現(xiàn)在視網(wǎng)膜正確的地方，導(dǎo)致近視人眼看遠(yuǎn)處物體時(shí)模糊不清；二，由于人眼的眼軸長(zhǎng) 延長(zhǎng)，但人眼系統(tǒng)的有效焦距沒有改變，同樣的使眼睛不能再視網(wǎng)膜處正確的聚焦，造成近 視眼視力無法看清遠(yuǎn)處的物體。
[0003] 自從上世紀(jì)80年代，改善人眼視覺質(zhì)量的角膜屈光手術(shù)就已經(jīng)逐漸被人們所接 受，并在全世界范圍廣泛地開展起來。隨著技術(shù)的成熟，人們也慢慢的摒棄了前有的技術(shù)方 案，開始尋找更加正確的矯正方法，例如人眼個(gè)性化的角膜切削方案。
[0004] 當(dāng)前，人眼準(zhǔn)分子激光個(gè)性化角膜切削手術(shù)方案主要分為兩大類。第一類是由角 膜地形圖引導(dǎo)，該方案的準(zhǔn)分子激光個(gè)性化角膜切削手術(shù)并沒有考慮全眼的像差，只是考 慮了角膜前表面的像差，從而使角膜切削術(shù)存在一定的差異。第二類是由波前像差引導(dǎo)的 準(zhǔn)分子激光個(gè)性化角膜切削術(shù)，它是基于全眼的波前像差數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)的角膜切削方案，雖然 該方案考慮了角膜前表面的斜入射，但它是基于假設(shè)角膜為標(biāo)準(zhǔn)的球面或標(biāo)準(zhǔn)的橢球面。 然而實(shí)際角膜前表面往往是不規(guī)則的球面，存在有高階像差，因此激光束在實(shí)際人眼前表 面入射角也會(huì)隨角膜前表面的高階像差而改變。理論分析表明在切削瞳孔周邊區(qū)域時(shí)，實(shí) 際入射角與最佳擬合球面的入射角差異達(dá)到7°。在臨床上已經(jīng)證實(shí)，這兩種角膜切削方案 都存在各自的不足。因此尋找一種新的角膜切削方案來設(shè)計(jì)角膜前表面的形狀達(dá)到矯正人 眼視力已經(jīng)無可厚非。所以，逆光線追跡的方法設(shè)計(jì)角膜形狀可以使角膜切削的輪廓更加 準(zhǔn)確，從而達(dá)到更好的屈光矯正效果。
[0005] 專利CN 200810053731角膜屈光手術(shù)后人工晶狀體的設(shè)計(jì)方法，該發(fā)明根據(jù)屈光 手術(shù)前的角膜地形圖、眼內(nèi)各組分的軸向間距和波前像差，運(yùn)用Zemax光學(xué)設(shè)計(jì)軟件，構(gòu)建 了屈光手術(shù)前的個(gè)性化眼模型，又結(jié)合角膜屈光手術(shù)后實(shí)際測(cè)量的波前像差，構(gòu)建了屈光 手術(shù)后個(gè)性化眼模型。最后運(yùn)用該模型，設(shè)計(jì)矯正離焦的雙球面人工晶狀體，以及矯正離 焦和像散的球柱人工晶狀體。該方法的缺陷在于它是基于全眼的波前像差數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)的角 膜切削方案，雖然該方案考慮了角膜前表面的斜入射，但它是基于假設(shè)角膜為標(biāo)準(zhǔn)的球面 或標(biāo)準(zhǔn)的橢球面。然而實(shí)際角膜前表面往往是不規(guī)則的球面，存在有高階像差，因此激光束 在實(shí)際人眼前表面入射角也會(huì)隨角膜前表面的高階像差而改變，且是對(duì)人工晶狀體進(jìn)行設(shè) 計(jì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種逆光線追跡的方法設(shè)計(jì)角膜前表面面型的個(gè)性化視 覺矯正的角膜切削方法，該方法可以使人眼屈光手術(shù)中的角膜切削輪廓更加的精確，從而 達(dá)到更好的手術(shù)矯正效果。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣來實(shí)現(xiàn)的，它是通過逆光線追跡的辦法，設(shè)計(jì)角膜前表 面的形狀。并將角膜前表面設(shè)計(jì)前后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為個(gè)性化角膜切削的深度；角膜前表面的 屈光度由角膜地形圖儀測(cè)量得到。將角膜一定孔徑高度的屈光度轉(zhuǎn)化成矢高形式。計(jì)算出 個(gè)體近視眼模型的有效焦距，再根據(jù)矯正的屈光度大小計(jì)算出個(gè)體近視眼矯正后的有效焦 距。根據(jù)近視眼矯正前后的有效焦距，計(jì)算出個(gè)體近視眼的眼軸長(zhǎng)大小。通過逆光線追跡 的方法，從個(gè)體近視眼的視網(wǎng)膜沿眼軸前0. 2_左右區(qū)域選取八個(gè)入射點(diǎn)入射到晶狀體后 表面，最終在角膜前表面沿平行于眼軸的方向折射出人眼。在角膜前表面的對(duì)應(yīng)八個(gè)出射 高度的信息，計(jì)算出該八個(gè)出射位置的角膜矢高，利用偶次非球面擬合出角膜前表面，把擬 合出的八個(gè)偶次非球面系數(shù)導(dǎo)入到Zemax光學(xué)設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行個(gè)體近視眼的成像分析。
【附圖說明】
[0008] 圖1是Gullstrand六折射面精密模型眼的簡(jiǎn)化模型圖。
[0009] 圖2是角膜曲率半徑R與孔徑高度r和矢高z關(guān)系圖。
[0010] 圖3是人眼有效焦距的計(jì)算圖。
[0011] 圖4網(wǎng)膜軸前逆光線追跡平行出射人眼系統(tǒng)示意圖。
[0012] 圖5角膜前表面各高度的曲率半徑計(jì)算示意圖。
[0013] 圖6是近視眼模型矯正前后的失高比較圖，即角膜切削量大小。
[0014] 圖7是近視眼模型矯正前后角膜前表面屈光度比較。
[0015] 圖8是個(gè)體近視眼模型結(jié)構(gòu)圖。
[0016] 圖9是逆追跡矯正模型結(jié)構(gòu)圖。
[0017] 圖10是個(gè)體近視眼前波像差圖。
[0018] 圖11是逆追跡矯正近視眼后波像差圖。
[0019] 圖12是逆追跡模型和個(gè)體近視眼模型及Gullstrand理想模型的MTF對(duì)比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 本發(fā)明所采用的模型眼為Gullstrand六折射面精密模型眼，如 圖1所示。Gullstrand模型眼的結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1所示。
[0021] 表1Gullstrand六折射面精密模型眼的結(jié)構(gòu)參數(shù)
本專利以-7. 5D的個(gè)體近視為例子，該人人眼的角膜地形圖的測(cè)量數(shù)據(jù)由宜賓第二人 民醫(yī)院提供，且角膜地形圖的數(shù)據(jù)是一定孔徑高度下對(duì)應(yīng)的屈光度大小，如表2第1~2列 所示。將屈光度大小轉(zhuǎn)化為角膜各個(gè)極坐標(biāo)半徑下的曲率半徑大小，使用偶次非球面擬合 個(gè)體近視眼角膜前表面。
[0022] 偶次非球面的矢高表達(dá)式：
其中c為表面中心曲率，r為孔徑高度，k為圓錐系數(shù)。k〈_l，對(duì)應(yīng)表面是雙曲面；k =-1，對(duì)應(yīng)表面是拋物面；-l〈k〈0,對(duì)應(yīng)表面是橢圓（焦點(diǎn)在光軸上）；k = 0,對(duì)應(yīng)表面是 球面；k>0,對(duì)應(yīng)表面是扁橢圓（焦點(diǎn)在垂直于光軸的直線上）。ai~as分別為偶次非球面系 數(shù)。偶次非球面為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的非球面。
[0023] 屈光度與角膜曲率半徑轉(zhuǎn)換公式：
其中R、Φ分別表示角膜前表面的曲率半徑和屈光度，η為角膜折射率，一般取1. 376， 可根據(jù)屈光度求出角膜前表面的曲率半徑。
[0024] 角膜曲率半徑R與孔徑高度r和矢高ζ關(guān)系如圖2所示，角膜前表面的矢高ζ可 以表示為：
結(jié)合偶次非球面表示矢高的公式（1)，擬合該個(gè)體近視人眼的角膜前表面。由于偶次非 球面有八個(gè)偶次非球面系數(shù)，為求出這個(gè)八個(gè)系數(shù)，我們利用公式建立八個(gè)方程對(duì)其進(jìn)行 了求解。表2中列出了八個(gè)孔徑半徑下對(duì)應(yīng)角膜前表面的屈光度、曲率半徑和矢高大小和 偶次非球面擬合得到的八個(gè)偶次非球面系數(shù)。
[00251 衷2個(gè)休沂視人眼角臘前衷而參數(shù)

人眼的球鏡度數(shù)與人眼角膜球鏡度數(shù)微小差別i轉(zhuǎn)換關(guān)系如下: '
式中d