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自适应光学技术在医学眼科检测中的应用

杨敏  
【摘要】: 随着大型激光工程和光学系统的发展,自适应光学技术已得到长足发展,应用领域从军事应用、科学研究逐渐扩展到民用领域。 人眼视网膜是结构复杂的人体组织,眼睛本身的疾病和人体的其它疾病(如糖尿病等)都可以在眼底得到反映。自适应光学技术具有实时校正动态波前误差的能力,用于人眼像差的校正,实现接近衍射极限的活体人眼高分辨率观察。获得高清晰度的视网膜图像,从而实现对严重影响人眼视力以及致盲疾病的更早期诊断,帮助医生和患者及时治疗,减少患者失明的风险。 本文研究了自适应光学技术在医学眼科检测中的应用,具体内容如下: (1)系统总结了自适应光学技术在空间探测、空间光通信、星基对地望远镜、核聚变装置、高能激光武器五个领域中的应用,这是以往人们所研究的。本文主要研究了自适应光学技术在视网膜检测中的应用和自适应光学技术在人眼视力检测中的应用。 (2)介绍了人眼像差的概念以及几何像差与波像差之间的关系,研究了影响人眼视觉成像质量的光学因素。用哈特曼-夏克波前传感器分别测量了8只人眼的零视场波前像差,取前35项泽尼克系数,并运用Zemax光学设计软件分别为8只正常人眼构建了个性化的人眼模型,该人眼模型由实际测量的人眼波前像差数据、角膜地形数据及眼内各部分轴向间距数据优化得来,与个体人眼具有相同的光学特性。在此基础上,分析了人眼颞侧方向(0°、10°、20°、30°、40°、50°)视场的离轴像差随视场角的变化趋势,得出人眼的边缘视觉成像质量比中央凹的视觉成像质量差,其主要来源在于像散与彗差。计算结果表明人眼像差随着视场角的逐渐增大而增大,四阶以上的高阶像差随着视场角的改变,变化不大。大视场波前像差对人眼光学系统的影响主要来源于低阶像差。将个性化人眼模型计算得到的大视场波前像差值与用哈特曼-夏克波前传感器实际测量得到的人眼像差值相比,两者结果相吻合。 (3)研究了视网膜检测自适应光学成像系统的工作原理。介绍了哈特曼-夏克波前传感器的基本工作原理,分析了影响哈特曼-夏克波前传感器探测精度的因素。介绍了用于自适应光学系统的几种新型可变形反射镜,叙述了可变形反射镜的工作原理、人眼像差校正原理。研究了视网膜图像与眼底疾病之间的关系。 (4)研究了客观验光仪的光学原理,并基于自适应光学系统的工作原理对客观验光仪进行光学结构设计。基于人眼视力CCD测量技术对人眼近视、远视、散光和老视眼进行了测量,研究了客观验光仪的光源,分析了激光光源验光仪产生散斑的原因和散斑的特性,介绍了发光二极管光源的设计原理,最后提出采用红外发光二极管作为客观验光仪的光源。


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