По данным всемирной организации здравоохранения в мире насчитывается 20 миллионов человек, страдающих вследствие помутнения хрусталика (катаракты). Практически единственной возможностью устранения катаракты является операция по извлечению помутневшего хрусталика и введению интраокулярной линзы (ИОЛ) для восстановления фокусировки видимого излучения на сетчатку [1]. На сегодняшний день существует множество видов ИОЛ, отличающихся по форме, размерам, материалу, из которого они изготовлены, а также весом, цветом, способами фиксации на глазу и пр. [2]. Выбор интраокулярной линзы с оптимальными оптическими характеристиками для каждого пациента является задачей строго индивидуальной и в настоящее время до конца не решенной. Исследование аберрационных характеристикх интраокулярных линз различных типов и производителей и их систематизация открывает новые возможности по обеспечению оптимального подбора ИОЛ для имплантации конкретному пациенту.

Для исследования оптических характеристик интраокулярной линзы необходимо использовать как теоретические модели глаза, которые могут предсказать предельно достижимое качество изображения, так и экспериментальные методы, показывающие аберрационные характеристики той или иной линзы. В литературе описано несколько методов экспериментальной оценки оптического качества ИОЛ [3, 4], самым популярным из которых является метод Шака-Гартмана [5]. Метод основан на измерении профиля волнового фронта светового излучения, прошедшего через интраокулярную линзу вдоль её оптической оси.

Нами была сконструирована модель глаза, построенная по международному стандарту ISO11979-2 (ГОСТ Р 52038-2003), со специальной ячейкой для ИОЛ, заполненной физиологическим раствором. Свет от источника излучения с длиной волны 570 нм проходил через ИОЛ и направлялся на датчик волнового фронта Шака-Гартмана. Диаметр апертуры датчика составил 4,5 мм. при 8100 точках измерения в пределах зрачка. Собранная установка имела размеры 40 см в длину и по 8 см в ширину и высоту и подключалась к персональному компьютеру с помощью интерфейса IEEE-1374. Программное обеспечение позволяло получать данные об аберрациях ИОЛ как в виде функции волнового фронта, так и в виде его разложения по полиномам Цернике вплоть до 7 порядка.

При проведении эксперимента были получены значения задней вершинной рефракции, а также аберрации высоких порядков девяти линз различных производителей и различной оптической силы. Результаты приведены в таблице:

В следующей таблице содержатся данные об аберрациях ИОЛ высоких порядков. Здесь a3, a4, a5, a6, a7 – амплитуды аберраций третьего (в том числе кома), четвертого (в том числе сферическая аберрация), пятого, шестого и седьмого порядков соответственно.

Те же данные в виде суммарного значения аберраций высоких порядков:



Компьютерный расчет по оценке предельно достижимого качества изображения, сформированного ИОЛ был проведен с помощью алгоритмов, выполняющих трассировку лучей. Для этого была использована схематическая модель глаза, предложенная Liou и Brennan [6] с фазовым экраном, задающим аберрации. Далее представлены результаты компьютерного расчета для ИОЛ в виде точечных диаграмм и сформированного оптической системой изображения. Изображение представлено символом 10-ой строки (острота зрения 1.0) таблицы Сивцева.

Безаберрационная система:



1.Ufalens-1 1C601302 PC



2.БЕЛОФТООПТИКА модель D



3.Unimed ТИОЛ 6012



4.Alcon LX90BD



5.Alcon LX10BD



6.Alcon LX90BD



7.Alcon AcrySof Restor SA60D3



8.Ellis Ophthalmic Technologies GALAXY FOLD (Center Fix)



9.Ellis Ophthalmic Technologies GALAXY FOLD (Center Fix)



Для каждой ИОЛ было расcчитано значение зрительного фактора Штреля (Visual Strehl Ratio) [7], определяемого формулой:



Здесь CSF(fx,fy) - функция контрастной чувствительности сетчатки глаза человека, h(fx,fy) - оптическая передаточная функция (ОПФ) глаза с аберрациями, h0(fx,fy) - ОПФ для дифракционно-ограниченной оптической системы глаза, fx и fy - пространственные частоты.

Для расчета функции контрастной чувствительности сетчатки глаза человека была использована модель, предложенная в [8]:



На графике эта зависимость выглядит следующим образом:



Или же, если по оси абсцисс отложить размер изображения на сетчатке в микрометрах:



Результаты расчета зрительного фактора Штреля с использованием описанной модели представлены в таблице:



В рамках работы по проекту были также зарегистрированы гартманограммы мультифокальных ИОЛ. Линза Ellis Ophthalmic Technologies GALAXY FOLD состоит из кольцеобразных областей с различной оптической силой.



В смежных областях между зонами с различной оптической силой не соблюдается условие постоянства фазы в пределах субапертуры гартманновского датчика, из-за чего измерение фазы сопряжено со значительными ошибками.



Для выделения кольцеобразных областей с различными оптическими характеристиками необходимо применить алгоритмы цифровой сегментации. Разработка методов исследования мультифокальных линз является предметом наших исследований.


См. также:
Гончаров А.С., Ларичев А.В., Пожарицкая Е.М., Пожарицкий М.Д., презентация доклада "Изучение оптических характеристик интраокулярных линз"
PDF


Литература.
1. Дымшиц Л. А., Болезни хрусталика, в кн.: Многотомное руководство по глазным болезням, т. 2, кн. 2, М., 1960.
2. Глазные болезни: учебник под ред. В.Г. Копаевой. М.: Медицина, 2002. - 560 с:
3. Sergio Barbero, Susana Marcos Optical aberrations of intraocular lenses measured in vivo and in vitro//Vol. 20, No. 10/October 2003/J. Opt. Soc. Am. A.
4. L. Carretero, C. Gonzalez, A. Fimia, I. Pascual Application of the Ronchi test to intraocular lenses: A comparison of theoretical and measured results// APPLIED OPTICS / Vol. 32, No. 22 / 1 August 1993.
5. Yuanyuan Wang, Jiaojie Chen, Haihua Fen, Chuan Hu, and Yiyi Li Study on Intra-Ocular Lens Aberration Measurement in-air//Proc. SPIE 7656, 76564C (2010).
6. H.-L. Liou and N. A. Brennan, Anatomically accurate, finite model eye for optical modeling // JOSA, A V. 14, N 8. Р. 1881-1891 (1997).
7. Guang-ming Dai, Wavefront Optics for Vision Correction, Bellingham, Washington, 2008, p.273
8. J.L.Mannos, D.J.Sakrison, The effects of a visual fidelity criterion on the encoding of images, IEEE Tran. Info. Theory, 20, p.525-535 (1974).

Работа выполняется при поддержке РФФИ. Проект №12-02-31265.
 

Контакты: Гончаров Алексей Сергеевич