準分子激光人眼像差矯正係統旨在實現個(ge) 體(ti) 化切削，它不僅(jin) 能進行正常的角膜屈光矯正，減少高階像差， 而且可以有效的克服傳(chuan) 統準分子激光手術引起的球差、彗差以及其他高階像差而導致的夜間視力下降、光暈、眩光及偏心切削等並發症。準分子激光人眼像差矯正係 統包括主觀式像差儀(yi) 進行波前像差的測量、準分子激光係統進行像差矯正兩(liang) 大部分。描述了人眼波前像差的概念、成因以及表示的方法和測量技術；研究了準分子激 光人眼像差矯正係統的原理；闡述了準分子激光飛點掃描、主動眼球跟蹤、激光的恒能和閉環控製、激光脈衝(chong) 光斑直徑和均勻控製等關(guan) 鍵技術。研究成果可直接用於(yu) 準分子激光人眼像差矯正係統，目前正在進行臨(lin) 床實驗，取得了良好效果。

　　個(ge) 體(ti) 化設計的準分子激光手術(customized procedure)是最近幾年發展起來的以波前像差(wavefront)輔助的新一代屈光手術技術。波前技術的發展及其在屈光手術中的應用使準分子激 光手術實現個(ge) 體(ti) 化治療成為(wei) 可能。“量體(ti) 裁衣”式的個(ge) 體(ti) 化角膜切削技術是以波前技術為(wei) 平台來檢查和矯正除常規的近視、遠視和散光等初級屈光不正以外，同時一 並矯正每個(ge) 個(ge) 體(ti) 特有的更高級的屈光異常，即我們(men) 所說的“不規則散光”。波前技術指導的個(ge) 體(ti) 化準分子激光手術能有效克服傳(chuan) 統準分子手術引起的夜間視力下降、 光暈、眩光及偏心切削等並發症，並能夠減少由傳(chuan) 統屈光手術引起的像差。其目標是矯正每一個(ge) 體(ti) 獨特的屈光非理想狀態，取得更舒適的視覺狀態及增加視覺對比敏 感度。所謂“準分子激光人眼像差矯正係統”，就是根據不同個(ge) 體(ti) 波前像差的特性，用準分子激光對角膜進行個(ge) 性化切削，根據不同個(ge) 體(ti) 獨特的光學特性和解剖特 性，通過各種球鏡、柱鏡、非球鏡以及非對稱的切削，以減少人眼的高階像差，從(cong) 而使人眼的視力能夠達到2. 5(20/8)以上的超視力(super vision)。文中從(cong) 波前像差的概念、成因、表示和測量原理開始，研究了準分子激光人眼像差矯正的原理、準分子激光人眼像差矯正係統的關(guan) 鍵技術，給出了 準分子激光人眼像差矯正係統框圖。

　　1、波前像差的概念、成因及表示方法

　　像差並不是一個(ge) 新概念，在幾何光學和物理光學領域，像差用來衡量光學係統成像品質，表示光學係統所存在的缺陷。幾何光學中，光是傳(chuan) 導中的電磁 波，波陣麵(wavefront)是距光源的光程為(wei) 常數的表麵或與(yu) 點光源發出的所有光線垂直的表麵，即連續的等相位麵，它的形狀被直接用於(yu) 表征光學係統的 像差。在理想成像情況下，點光源經過光學係統後所成的像應是一個(ge) 以理想像點為(wei) 中心的球麵即理想波麵，所謂的波陣麵像差就是實際的波陣麵和理想的波陣麵之間 的像差。對於(yu) 人眼屈光係統並不能形成理想波麵，像麵在視網膜的準確聚焦並不能保證視網膜成像的高度清晰，其像差主要來源於(yu) 光學係統的缺陷：

　　角膜和晶狀體(ti) 的表麵不理想，其表麵曲度存在局部偏差；

　　角膜與(yu) 晶狀體(ti) 、玻璃體(ti) 不同軸；

　　角膜和晶體(ti) 的內(nei) 含物不均勻，以致折射率有局部偏差，從(cong) 而使經過偏差部位的光線偏離了理想光路，致使物體(ti) 上一點在視網膜的對應點不是一個(ge) 理想的像點，而 是一個(ge) 發散的光斑，其結果是整個(ge) 視網膜對比度下降，視覺模糊，這種成像偏差就是人眼的像差。

       用光線的矩陣形成波前並和理想的球麵比較，可以發現兩(liang) 者存在偏 差， Brown&Wolf稱這種偏差為(wei) 波前像差(wave front aberration)。人眼屈光係統中普遍存在各種像差(aberrations)。這些像差可分為(wei) 許多部分，除了球差和柱差外，還有彗差、像散和像麵 彎曲等更高階的像差，波前像差的個(ge) 體(ti) 差異較大，需通過正確的測量和表示來得到個(ge) 體(ti) 的像差數據。

　　從(cong) 應用光學角度，波像差有許多種表示方法，由於(yu) 波像差是實際波麵和理想波麵之間的光程差，因此用計算光程的方法計算波像差是比較方便的，各條光 線的光程與(yu) 通過光瞳中心的主光線的光程差值即為(wei) 各光線的波像差。目前在醫學上，比較易於(yu) 理解且可以定量表達像差的方法是用Zernike多項式來描述。常 用的Zernike多項式為(wei) 7階36項， 0階為(wei) 無像差； 1~2階為(wei) 低階像差； 3階及以上為(wei) 高階像差，低階像差與(yu) 傳(chuan) 統的像差即近視、遠視和散光相對應，而高階像差則對應於(yu) 一些非經典的像差。圖1是某位被測者用WFA1000測量出的像差表示。

　　Zernike多項式眼波前像差的數字表達式，在臨(lin) 床上便於(yu) 醫生觀察的更直接的表達是將Zernike函數重建成在瞳孔平麵二維眼的波陣麵像差 圖，其表述方法類似於(yu) 角膜地形圖。角膜地形圖用來表示角膜表麵的曲率，而波陣麵像差圖則反映實際光波陣麵與(yu) 理想參照波陣麵的差異。

　　2、波前像差的測量

　　波前像差的測量主要基於(yu) 兩(liang) 種理論：幹涉理論和光路追蹤理論，如以幹涉理論為(wei) 基礎的Twymann綠光幹涉儀(yi) ，其原理是使一準直光束分離，分離的 光束分別從(cong) 測試表麵和參考表麵反射後重新匯聚。隻有當兩(liang) 個(ge) 波麵完全一致時，重新匯聚的光線不會(hui) 出現幹涉的模糊邊緣，否則，邊緣幹涉圖形就表現為(wei) 不同的波前 像差圖形。但由於(yu) 人眼穩定性和難以重構參考表麵，用幹涉理論測量像差的方法在生理光學很少應用。

　　以光路追蹤理論為(wei) 基礎的波前像差測量其基本原理是：通過貫穿眼入瞳的一列陣光線斜率的整合而重現波前像差平麵得以實現。這一方法在1900年時 被Hartmann首先實現。到目前為(wei) 止已發展到Hartmann-Schack，Tschering和Scheiner-sminov三大理論，主觀和 客觀兩(liang) 種測量方法。我們(men) 利用He JC等人的主觀空間分辨屈光計原理，開發了主觀式像差WFA21000來測量波前像差。　

3、準分子激光人眼像差矯正的原理 

　　人眼並非是理想光學係統，假如不考慮角膜和晶狀體(ti) 的像差，以及衍射對人眼視覺品質的限製，那麽(me) 根據視網膜的光感受器細胞的大小以及細胞之間的距 離(2. 5μm)，則視網膜像的空間分辨率應達到20/8，要實現這個(ge) 目標，首先必須精確測量眼屈光係統總體(ti) 像差，然後用準分子激光飛點掃描人眼角膜。達到重塑角 膜，以減小像差，達到鷹眼般的視力。準分子激光人眼像差矯正係統主要采用先進的像差測量技術，以像差作為(wei) 手術的主要參數，結合波像差圖，參考 Zernike函數圖，進行數學建模，將像差轉換為(wei) 切削量，采用高速自動跟蹤技術，準確定位人眼，進行飛點式掃描切削角膜，達到消除人眼像差，提高人眼視 力品質的目的。

　　目前臨(lin) 床上用於(yu) 屈光手術的準分子激光器主要是波長為(wei) 193 nm的氟化氬準分子激光。基本原理是利用惰性氣體(ti) 氬及二價(jia) 鹵素元素氟在激光腔內(nei) 產(chan) 生高能電子放電時被激活，形成不穩定的氟化氬分子，激發釋放高能紫外光 子，並通過諧振腔形成激光。激光束發出後經過衰減器，光閘、一係列透鏡組、X， Y掃描器、折光鏡片等複雜的傳(chuan) 輸係統，在計算機控製下到達角膜完成各種操作。X， Y掃描器是接受計算機發出的激光脈衝(chong) X， Y位置，通過電路的轉換，轉變成能控製X， Y兩(liang) 個(ge) 方向掃描器的電信號，使X， Y偏轉一定的角度，從(cong) 而在角膜表麵相應的位置上輻射激光脈衝(chong) ，達到切削角膜表麵的目的。在激光的控製過程中，由激光能量傳(chuan) 感器和衰減器協同閉環工作，使得 激光能量在整個(ge) 手術過程中保持穩定的狀態。使每個(ge) 進行消融的激光脈衝(chong) 恒定，從(cong) 而保證每個(ge) 激光脈衝(chong) 的消融的深度和形狀保持一致。在整個(ge) 係統中，還有一些如激 光的光閘、腳控開關(guan) 和手術顯微鏡等輔助設施，可以使激光脈衝(chong) 隨時收發，使醫生控製自如。

　　4、準分子激光人眼像差矯正的關(guan) 鍵技術

　　4.1、飛點掃描技術

　　飛點掃描———以高頻率、高穩定性和高能量密度的準分子激光高速掃描角膜組織，在程序控製下，使激光脈衝(chong) 在設定的手術區域內(nei) 按程序設定的算法在 角膜上表皮或角膜基質層上進行兩(liang) 個(ge) 方向的掃描，改變角膜屈光度，從(cong) 而達到矯正屈光不正的目的。飛點掃描技術克服了傳(chuan) 統切削技術的弊端，如階梯效應、中央島 和激光能量不均勻導致的不規則散光等。該技術要求激光束的光斑為(wei) 小光斑。不過更先進的理論認為(wei) ：單一的小光斑或單一的大光斑都是不理想的，在激光氣化角膜 組織的過程中，運用不同大小的光斑才能完成對角膜的理想切削和雕琢。而且其光斑可呈柱狀、球狀和橢圓狀等等，術中根據患者眼球情況，自動調整光斑大小和形 狀，能輕鬆完成最複雜最精細的角膜整形，從(cong) 而為(wei) 矯正像差提供更加個(ge) 性化的治療方案。

4.2、主動眼球跟蹤技術 

　　主動眼球跟蹤係統的使用，使準分子激光手術更為(wei) 理想地進行。近年來在製導追蹤技術的進步和計算機硬件運算速度提高等條件的配合下，即時的( real-time)、主動式(activemode)的眼球追蹤已成為(wei) 現實。眼球跟蹤———傳(chuan) 統的PRK和LASIK，沒有眼球跟蹤技術，手術時患者眼 球常不自覺轉動，因而，角膜偏中心切削、術後散光等並發症在所難免。主動眼球跟蹤技術：在人的角膜表麵貼一直徑1mm左右的紅外反射點，通過接受反射回來 的光線，跟蹤頻率大約2 000Hz，比準分子激光發射脈衝(chong) 頻率150Hz~200Hz快8~10倍，足以配合激光切削角膜，它可精確捕捉眼球的運動量，將得到的位置偏移量轉化成 相應的電信號疊加到X， Y掃描器上(見圖2)，重新把激光及時聚焦到切削點進行掃描，因而術中患者眼球向任何方向轉動也不會(hui) 出現偏中心切削，不會(hui) 影響手術的精確性和術後效果。

　　4.3、激光的恒能和閉環控製技術利用準分子激光進行角膜切削，切削後的表麵光滑程度與(yu) 手術後的諸多並發症有直接的關(guan) 係。激光光斑的大小、形狀 與(yu) 激光角膜消融的像差矯正，特別是四階以上的像差有關(guan) 。而激光光斑的大小、形狀與(yu) 激光能量的穩定性有關(guan) 。因此在準分子激光人眼像差矯正係統中采用了激光的 恒能閉環控製技術，實現了激光能量波動<2%。係統激光器有兩(liang) 種工作狀態：高壓模式和恒能模式。所謂高壓模式，即激光器工作在高壓恒定的模式，其輸 出激光的能量在一定的時間內(nei) 呈現下降的態勢，其下降的斜率較小，對於(yu) 手術要求不是很高，如傳(chuan) 統的激光屈光手術是完全可以接受的；所謂恒能模式，是指激光器 工作在能量恒定的狀態，其輸出激光的能量在一定的時間內(nei) 呈近似水平狀態，它通過自動調整激光器內(nei) 部高壓(在允許範圍內(nei) )來保證輸出的激光能量恒定，並且在 整個(ge) 手術過程中由激光器內(nei) 部的能量探測器實時監測激光輻射能量，自動調整激光器內(nei) 部電壓保證激光輸出能量的穩定。

　　4.4、激光脈衝(chong) 光斑直徑和均勻控製技術

　　激光處理過的角膜基質層表麵是否平滑，直接關(guan) 係到術後的視覺品質。平滑的角膜就好像一副“名牌眼鏡”，看物體(ti) 清晰不變形；不平滑的角膜就相當於(yu) “劣質眼鏡”，物體(ti) 會(hui) 產(chan) 生輕微的變形，嚴(yan) 重的還可能發生不規則散光現象，需要再次手術，而切削後的角膜是否平滑，在很大程度上取決(jue) 於(yu) 激光光斑的直徑和均勻 性的控製，係統采用獨創的均光技術有效地控製了激光光斑直徑和均勻性，大大提高了光束的品質，能量分布均勻性顯著搞高，角膜切削更加平滑，術後回退現象減 少。視覺品質得以改善，夜間視力更加優(you) 化，並且可使複雜的角膜切削變得極為(wei) 輕鬆。　5、結論

　　目前準分子激光人眼像差矯正係統采用波前像差儀(yi) 與(yu) 小光斑高速飛點掃描準分子激光係統的有機結合，使屈光手術達到日臻完美的新階段，其結果與(yu) 前景 令人鼓舞，但是，波前像差引導的準分子激光角膜手術還存在一定的缺陷： 1)假如像差矯正采用較大的光學區(≥d6. 5 mm)，則比標準球鏡及散光矯正模式需要更深的角膜切削。因此，在某些情況下，尤其是在高度數矯正時為(wei) 了不影響角膜結構的完整，不可能完全矯正視覺像差。 因為(wei) 像差的矯正需要切削的邊緣具有明顯的深度，為(wei) 避免增加愈合反應，需找到合適的過渡區使視覺結果盡可能完美並盡可能減少組織的切削。2)個(ge) 別眼術後高階 像差增加大於(yu) 常規LASIK，可能是由於(yu) 像差測量誤差尤其是一些複雜病例像差測量困難所致，或由於(yu) 測量和手術中存在對位誤差。3)波陣麵像差可隨年齡增加 而改變，而且受調節、淚膜等因素的影響，使測量結果不穩定。4)某些高階像差如垂直彗差或許對眼的視力有益，消除這些像差反而造成視力下降。5)角膜瓣及 角膜傷(shang) 口愈合等可產(chan) 生新的像差，當然波陣麵像差引導的LASIK手術和標準的LASIK手術一樣，有手術中和手術後各種的並發症。如切削錯誤、上皮內(nei) 生長 和醫源性角膜擴張的危險性。