準分子激光矯正眼屈光不正及視覺像差技術

準分子激光矯正眼屈光不正及視覺像差技術第一頁，共六十九頁，2022年，8月28日Lasik手術過程(1)第二頁，共六十九頁，2022年，8月28日Lasik手術過程(2)1準備手術2用板層刀切削角膜3將角膜瓣掀起4激光對焦第三頁，共六十九頁，2022年，8月28日Lasik手術過程(3)5激光治療6角膜瓣恢復，手術結束第四頁，共六十九頁，2022年，8月28日

看一段錄像：有關LASIK手術過程第五頁，共六十九頁，2022年，8月28日一、人眼視光學原理

第六頁，共六十九頁，2022年，8月28日人眼構造及其光學特性

人眼屈光系統(tǒng)可以大致看作是一套復雜的由多個光學元件所構成的同心共軸屈光系統(tǒng)，光線經過角膜前表面、角膜基質、角膜后表面、房水、晶狀體前表面、晶狀體基質及核、晶狀體后表面、玻璃體這樣一系列的屈光介質的屈光作用，才最終到達視網膜而成像。第七頁，共六十九頁，2022年，8月28日屈光度的概念

透鏡的屈光是指透鏡的折光能力，稱屈光度(Dioper,D)，通常用D代表。平行光通過某一透鏡后在1m處集合成為焦點，該透鏡的屈光力量為一個屈光度。

0.5m則為2個屈光度。如用f代表焦距，則D＝1／f。（曲率半徑）第八頁，共六十九頁，2022年，8月28日Gullstrand設計眼角膜前表面屈光力計算：

式中：Da角膜前表面屈光力，n’角膜的屈光指數（1.376），n空氣的屈光指數通常為1，r1角膜前表面曲率半徑(7.7mm)。得Da＝48.83D，即角膜前表面屈光力為48.83D第九頁，共六十九頁，2022年，8月28日角膜曲率變化對屈光率的影響第十頁，共六十九頁，2022年，8月28日二、激光與生物組織的相互作用

第十一頁，共六十九頁，2022年，8月28日激光與生物組織相互作用的五種類型

第十二頁，共六十九頁，2022年，8月28日193nm準分子激光對角膜組織的生物反應

波長為193nm的ArF準分子激光，進行屈光手術的機理就是光化學效應。準分子激光單個光子的能量大約是6.4eV，而角膜組織中肽鍵與碳鏈分子鍵的結合能量僅為3.6eV。當其高能量的光子照射到角膜組織之后，直接將組織內的分子鍵打斷，導致角膜組織碎裂而達到消融切割組織的目的，并且由于準分子激光脈寬短(10~20ns)，又是光化學效應切除，對切除周圍組織的機械損傷和熱損傷極小(<0.30μm)

因此，準分子激光在屈光性角膜切除術中發(fā)揮了巨大作用。第十三頁，共六十九頁，2022年，8月28日準分子激光在頭發(fā)絲上的消融第十四頁，共六十九頁，2022年，8月28日193nm準分子激光高斯光束的

切削量與能量密度的關系

激光的蝕除深度與入射激光強度的關系:其中為蝕除深度(μm)，為入射激光能量密度(mJ/cm)，為臨界切削能量密度(閾值)；為角膜能量吸收系數(μm)。

我們采用的激光能量為每個脈沖的能量13mJ，實際衰減后激光到達角膜的能量為2~3mJ,光斑近似1.2mm的圓光斑，因此能量密度Ep=130~200mJ/cm2；角膜的吸收系數為大約介于3.7-3.99μm-1之間；臨界切削能量密度為40mJ/cm2~60mJ/cm2。根據公式可以得到，單個激光脈沖角膜切削量應在0.18μm~0.43μm。經過實驗，我們所采用的激光器的單個激光脈沖角膜切削量為0.22μm。第十五頁，共六十九頁，2022年，8月28日193nm準分子激光得到的

兔子角膜的消融曲線第十六頁，共六十九頁，2022年，8月28日激光光斑與切削表面粗糙度關系

(疊加的方式)

層間的疊加示意圖層內疊加示意圖片層劃分示意圖第十七頁，共六十九頁，2022年，8月28日激光光斑能量分布圖

（OPTEX,LambdaPhysik,193nm,）

項目組采用的是德國LAMBDAPHYSIK公司生產的OPTex型ArF激光器，它的基本參數是：波長193nm，每個脈沖的能量13mJ(以低頻狀態(tài)工作)，最大平均功率2W，最高頻率200Hz，脈沖寬度(FWHM)8ns。

第十八頁，共六十九頁，2022年，8月28日激光光斑的能量分布對表面的影響

（裂隙燈照片）第十九頁，共六十九頁，2022年，8月28日三、屈光矯正數學模型

第二十頁，共六十九頁，2022年，8月28日屈光不正（純近視遠視）A．正視

B．遠視

C．近視

第二十一頁，共六十九頁，2022年，8月28日屈光不正(散光)第二十二頁，共六十九頁，2022年，8月28日散光的五種情況第二十三頁，共六十九頁，2022年，8月28日單純近視矯正模型例:－5D的近視，初始角膜屈光度為48.83D，切削后角膜屈光度為43.83D，即角膜前表面的曲率半徑從7.7mm增加到8.6mm，如果手術區(qū)域直徑為5mm，則在光軸處角膜切削量需為44.6μm，即能夠矯正-5D的近視。

第二十四頁，共六十九頁，2022年，8月28日單純近視矯正模型

(切削深度與近視屈光程度、術區(qū)直徑關系示意圖)

第二十五頁，共六十九頁，2022年，8月28日單純遠視矯正模型例如，＋5D的遠視，初始角膜屈光度為48.83D，切削后角膜屈光度為53.83D，即角膜前表面曲率半徑從7.7mm減小到7.0mm，如果手術區(qū)域直徑為5mm，則在術區(qū)邊緣最大的切削量為45.44μm即能夠矯正+5D的遠視。

第二十六頁，共六十九頁，2022年，8月28日單純遠視矯正模型

(切削深度與遠視屈光程度、術區(qū)直徑關系示意圖)

第二十七頁，共六十九頁，2022年，8月28日單純遠視矯正模型

(遠視眼切削區(qū)域邊緣部分示意圖)

第二十八頁，共六十九頁，2022年，8月28日復性近視散光數學模型

（1）－建立初始角膜的方程初始角膜的方程為：第二十九頁，共六十九頁，2022年，8月28日復性近視散光數學模型（2）最終的角膜切削成一個球的形狀：第三十頁，共六十九頁，2022年，8月28日復性遠視散光數學模型（1）最終角膜的球形：第三十一頁，共六十九頁，2022年，8月28日復性遠視散光數學模型

（2）－邊界的處理第三十二頁，共六十九頁，2022年，8月28日單純近視散光數學模型對于單純近視散光可以看成是復性近視散光的一個特例。即不失一般性，如圖3.23所示，使Rf=Rix第三十三頁，共六十九頁，2022年，8月28日單純遠視散光數學模型對于單純遠視散光可以看成是復性遠視散光的一個特例。即不失一般性，如圖3.24所示，使Rf=Riy第三十四頁，共六十九頁，2022年，8月28日混合散光數學模型混合散光切削模型可以轉換為下列兩種組合方式，均可達到矯正混合散光的目的。（1）純近視

＋

單純遠視散光（2）純遠視

＋

單純近視散光

第三十五頁，共六十九頁，2022年，8月28日散光軸位處理第三十六頁，共六十九頁，2022年，8月28日散光數學模型中初始及最終角膜曲率的確定

第三十七頁，共六十九頁，2022年，8月28日四、人眼波前像差及其矯正技術

概念表示測量矯正第三十八頁，共六十九頁，2022年，8月28日波前像差感性認識

哈勃望遠鏡矯正波前像差前后傳回的星圖消除高階像差后的視覺效果存在高階像差的視覺效果第三十九頁，共六十九頁，2022年，8月28日波前像差概念（1）第四十頁，共六十九頁，2022年，8月28日波前像差概念（2）第四十一頁，共六十九頁，2022年，8月28日波前像差成因

對于人眼，像面在視網膜的準確聚焦并不能保證視網膜成像的高度清晰，其像差主要來源于光學系統(tǒng)的缺陷:（1）角膜和晶體表面不理想，其表面存在局部偏差；（2）角膜與晶體不同軸；（3）角膜和晶體的內含物不均勻，以致折射率有局部偏差，從而使經過偏差部位的光線偏離了理想光路，以致物體上一點在視網膜的對應點不是一個理想像點，而是一個發(fā)散光斑，其結果是整個視網膜對比度下降，視覺模糊。第四十二頁，共六十九頁，2022年，8月28日波前像差表示1像差圖2zernike多項式第四十三頁，共六十九頁，2022年，8月28日波前像差表示－像差圖第四十四頁，共六十九頁，2022年，8月28日波前像差表示－zernike(1)用于表示波前OPD(光學路徑差異，opticalpathdifference)的Zernike多項式為:第四十五頁，共六十九頁，2022年，8月28日波前像差表示－zernike(2)第四十六頁，共六十九頁，2022年，8月28日波前像差表示－zernike(3)Z0-Z3Z4-Z7Z8-Z11第四十七頁，共六十九頁，2022年，8月28日波前像差表示－zernike(4)前九項Zernike多項式項對應的傳統(tǒng)的光學像差

第四十八頁，共六十九頁，2022年，8月28日波前像差表示－zernike(5)第四十九頁，共六十九頁，2022年，8月28日第二價Zernike多項式與屈光不正的關系

第五十頁，共六十九頁，2022年，8月28日像差的測量(1)第五十一頁，共六十九頁，2022年，8月28日像差的測量(2)第五十二頁，共六十九頁，2022年，8月28日波前像差轉化為角膜切削量數學模型

第五十三頁，共六十九頁，2022年，8月28日波前像差轉化為角膜切削量數學模型

第五十四頁，共六十九頁，2022年，8月28日邊界的處理第五十五頁，共六十九頁，2022年，8月28日準分子激光人眼像差矯正系統(tǒng)波前像差儀像差計算機控制板卡激光器準分子激光束光學部分X、Y掃描器自動跟蹤系統(tǒng)角膜第五十六頁，共六十九頁，2022年，8月28日準分子激光切削角膜的裝置第五十七頁，共六十九頁，2022年，8月28日準分子激光人眼像差矯正系統(tǒng)VS

傳統(tǒng)準分子激光治療儀

第五十八頁，共六十九頁，2022年，8月28日五、準分子激光眼科治療機實現技術

硬件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)三個關鍵技術第五十九頁，共六十九頁，2022年，8月28日準分子激光手術治療儀的過程原理框圖第六十頁，共六十九頁，2022年，8月28日準分子激光眼科治療機硬件系統(tǒng)（1）準分子激光手術治療儀的光路原理框圖：第六十一頁，共六十九頁，2022年，8月28日準分子激光眼科治療機硬件系統(tǒng)（2）第六十二頁，共六十九頁，2022年，8月28日準分子激光眼科治療機軟件系統(tǒng)第六十三頁，共六十九頁，2022年，8月28日控制軟件的界面(1)第六十四頁，共六十九頁，2022年，8月28日控制軟件的界面(2)第六十五頁，共六十九頁，2022年，8月28日準分子激光眼科治療機工作流程第六十六頁，共六十九頁，2022年，8月28日準分子激光眼科治療機關鍵技術：飛點掃描技術飛點掃描——即激光束以每秒發(fā)射200個脈沖以上的頻率高速掃描角膜組織。飛點掃描是在程序控制下，使激光脈沖在設定的手術區(qū)域內按程序設定的算法進行兩個方向的掃描以到達角膜上特定點的方法。飛點掃描技術克服了傳統(tǒng)切削技術的弊端，如階梯效應、中央島、激光能量不均勻導致的不規(guī)則散光等等。該技術要求激光束的光斑為小光斑。第六十七頁，共六十九頁，2