波前像差的测量

为了实现波前引导的角膜屈光性手术，波前像差的准确测量是很重要的。由于商业的重视，新仪器在不断涌现。

波前检测仪大体分为主观性和客观性两种类型。主观法需要被检查者的配合，因此通常耗时较长。被检查者的移动以及需要配合是这种检查方法的缺点。客观性检查法需要用成像系统分析从视网膜上反射回的信息。因为反射回来的信息是从脉络膜视网膜多层次而来的，因此参照焦点平面并不像主观法那样定义的准确，它是由视网膜上光感受器细胞的感光程度而决定的。将光线回射到波前检测仪的那部分脉络膜视网膜在光感受器细胞平面大概占200微米的空间。眼睛的轴长大约为23毫米。所以，会有大约1%（200微米/23毫米）的误差。眼睛的屈光度约为60D。因此，客观性波前检测法可允许有0.6D的误差。对于散光，甚至更高阶的屈光问题，1%的误差一般是可以忽略的。由于焦点平面的不确定因素相当小，因此只有在纠正球性屈光不正时才很重要。

波前检测还可以用获得光学信息的种类来进行分类。

(1)外向型波前测量法

这种检测方法的主要特点是，波前像差的形式是由光线射出眼睛而定义的，因此被称为“外向型”。这种波前检测是由Shack-Hartmann 原理进行描述的。

为了更好的理解，让我们回顾一下这种波前检测的历史。它的早期应用是在20世纪早期，Hartmann首次描述了这个原理。后来以Hartmann屏的形式应用在光学测量上[6]。在70年代早期，Shack改进了Hartmann技术[7]，后来被广泛应用在了天文学上，被宇航员用于测量大气引起的光学像差。1944年，梁开始应用这种原理测量人眼的屈光误差和高阶相差。

Shack-Hartmann波前检测的原理是基于一束激光的反射（直径大约为1毫米），这束激光被聚焦在人眼黄斑上，反射出来的光线通过人眼的折射系统，射出眼睛，从而形成了波前像差的形式，被位于瞳孔入口处的CCD照相机捕获到。由许多微小透镜排列而成的透镜组会把反射出来的光线的波前分成若干个更小的波前，每个波前则被聚焦成一个光点。光点相对于微小透镜的光轴在空间上的位移，则直接显示了此处波前的倾斜情况以及整个眼睛波前的形态。

这种波前探测方法的局限性在于，由于黄斑下脉络膜的干扰会产生散射，也就是说会产生干扰性的回波。但是，由于视轴的长度，这可以忽略不计。另外激光光源中的小斑点以及黄斑部被照亮的程度以及质量也会限制波前检测的准确性。采集频率的提高有助于波前探测达到一个理想的程度。

(2)视网膜成像波前测量法

这种方法的主要特点是，波前像差的形式是由在视网膜上成像的偏差而定义的，因此叫“视网膜成像”法。这种波前检测的形式是由Tscherning原理来进行描述的。

这种方法的首次应用是在19世纪末，当时Tscherning在阐述人眼的单频像差时首次描述了这个原理[9]。但是，视光学的带头人，包括Gullstrand，在那时却并不支持Tscherning的理论，因此并没有得到广泛的接受。直到1977年Howland应用Tcherning的像差显示仪的设计并用交叉柱镜进行了改进，用于主观测量人眼的单频像差。近来Seiler进行了改进，将间距1毫米的网格投射在视网膜上，同时，这种设计还带有一个同轴的光学系统，能够可视化地用图像来表示像差图。之后，乌克兰的Molebny等人改进了这种技术，设计了一种视网膜光线示踪仪，在这种仪器中，单一的光线连续的投射并在视网膜上成像。连续的视网膜光点位置的示踪在整体上就可反映波前像差的整体情况。

激光束经校准平行后通过一个13×13的光点蒙版，从而产生整齐排列的168个光点（遮蔽中心点），在视网膜上成像。在经过眼介质时，光点的排列会由于介质的不规则而产生像差，这种扭曲的光点排列会通过一个同轴的相机记录下来，光点和无像差时光点位置的偏差可用于精确计算波前的形态（Seiler法）。

这种波前探测的局限性在于，在光束的位置偏离计算中，要用到一个理想化的人眼模型（Gullstrand模型眼）。这个模型，实际上是根据常人眼的屈光误差不断调节，以达到理想的同轴状态，从而实现理想化的。

(3)内向型可调节屈光测量法

这种检测方法的主要特点：波前像差的形式是由一束可调节的补偿像差的光线射入眼睛而定义的，因此被称为“内向型”。这种形式的波前检测和临床上的屈光和视网膜镜的应用很相似，是由Scheiner原理进行描述的。

这种方法是在1961年由Smirnov首次应用于一种主观性可调节屈光检测仪。入射的外围光线经主动改变方向射向一个中心目标，从而消除外围点的相应的光学像差。1998年，Webb和Burns进行了改进，制成了现在的主观性波前折射计（SRR），它应用上述原理便可测量波前的模式。这种方法利用了大约37个检测点，每一个点发出的光线都由病人手动调整方向以和中心目标相重合，根据调整的水平从而描述出波前像差的形态。

当一束光线从无限远射入眼睛时，这只眼睛唯一的像差是球性屈光不正引起的（一只近视眼）。从瞳孔的上方、中心、下方三个位置点进入的光线会在视网膜前方交叉（假设上下两处是对称的）。如果从上方进入眼睛的光线倾斜一下（假如它是从附近另一个光源而来的），使它和从瞳孔中央射入的光线在视网膜上成像在相同的位置上。这时，倾斜的角度即是角膜相应位置上的波前的倾斜情况。多测几个点，便可得出整个角膜的波前像差。

这种方法的局限性在于主观调节、矫正偏差的光点时耗时较长。它的另一种形式——客观性检测法是基于裂隙检眼镜制成的。在这种方法中，眼底的情况由进入人眼的裂隙光束沿着一个特定的轴线和方向被快速地扫描。眼底的反射情况由一个探测器所检测到。裂隙光束会连续地扫描并将全部角膜的波前像差情况记录下来。因此可以确定波前像差的情况。尽管这种方法仍然在不同轴线上连续进行，但是客观性的检测使它可以迅速地获得相应的信息。因此较上面的方法省时。