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准分子激光视觉光学矫正关键建模技术研究

2020-11-23阅读(931)

准分子激光视觉光学矫正关键建模技术研究

论文摘要

近年来准分子激光角膜屈光手术、眼波前像差的测量技术迅速发展,当前波前像差引导的个体化切削技术成为研究的热点问题。论文系统研究了准分子激光视觉光学矫正中涉及到的关键建模技术,并将这些建模技术应用到国产准分子激光视觉光学矫正装备中,论文主要内容如下:1.计算分析了大瞳孔直径下调制传递函数MTF与高阶像差的关系,用波前像差图和调制传递函数MTF分析了某些像差的组合对视觉质量的影响情况。2.从理论上建立了由眼底发出的测试波前斜率测量值重建波前曲面（数值上等于波前像差）的模型。深入研究了带标准化因子的Zernike多项式的性质;针对主观式像差仪波前斜率采样方案,提出了采用带标准化因子的Zernike多项式对眼测试波前进行重建的数学模型;提出了两种求解方法,即基于Householder变换求解法和基于Gram-Schmidt正交化求解法,用于确定重建模型中的未知模式系数;推导出了该波前重建模型对斜率测量误差的传递系数。3.研究了准分子激光矫正屈光不正的关键模型。采用超环面（toroidal surface）建立起规则散光下的角膜曲面模型方程;定量研究了手术光学区屈光不正两种通用的矫正模型,一种模型适用于单纯近视、复性近视散光、单纯近视散光的矫正,另一种模型适用于单纯远视、复性远视散光、单纯远视散光的矫正;另外,作为影响手术效果的重要因素,提出了一种用于光学区直径和过渡区宽度均可调节时过渡区角膜切削量的计算模型。4.研究了波前像差引导的个体化切削技术中的关键模型。使用改变光程的方法建立起波前像差与角膜切削量之间的关系,并对像差矫正模型进行计算仿真;深入研究了小光斑准分子激光飞点扫描模型,对飞点扫描过程进行计算仿真;提出了中心偏移和旋转情况下剩余像差计算模型,为定量研究切削中心定位精度对像差矫正的影响提供了依据。5.根据论文中的关键模型,与有关单位合作,研制出了准分子激光人眼像差矫正系统,该系统目前已投入临床应用;临床报告表明,系统在矫正屈光不正时效果显著且安全,在像差矫正时有效、安全。

论文目录

  • 第一章 绪论
  • 1.1 准分子激光视觉光学矫正的研究背景
  • 1.1.1 CAD 技术在视觉光学矫正中的应用
  • 1.1.2 准分子激光角膜屈光手术
  • 1.1.3 眼波前像差技术
  • 1.2 国内外研究状况
  • 1.2.1 国外的研究状况
  • 1.2.2 国内的研究状况
  • 1.3 课题选题意义和依据
  • 1.4 论文主要研究内容和结构层次
  • 第二章 眼屈光学基础及像差对视觉质量的影响
  • 2.1 眼屈光学基础
  • 2.1.1 眼屈光与几何光学
  • 2.1.2 眼球的结构及光学特性
  • 2.1.3 正视眼和屈光不正
  • 2.2 眼光学系统像差
  • 2.2.1 像差分类
  • 2.2.2 波前像差
  • 2.3 像差对视觉质量的影响
  • 2.3.1 波前像差与像质评价标准
  • 2.3.2 高阶像差对调制传递函数MTF 的影响
  • 2.3.3 像差单独或组合时对视觉质量的影响
  • 2.4 本章小结
  • 第三章 眼像差测量波前重建模型
  • 3.1 波前像差的表示方法
  • 3.1.1 像差图表示法
  • 3.1.2 波前像差的Zernike 多项式表示法
  • 3.1.3 波前像差的均方根
  • 3.2 波前像差的测量
  • 3.3 基于Zernike多项式的波前重建模型
  • 3.3.1 波前重建方法的种类
  • 3.3.2 Zernike 多项式波前重建模型
  • 3.4 Zernike多项式波前重建模型的求解方法
  • 3.4.1 法方程组的建立及直接解法
  • 3.4.2 直接解法存在的问题
  • 3.4.3 Householder 变换求解法
  • 3.4.4 基于Gram-Schmidt 正交化的求解法
  • 3.5 Zernike多项式波前重建模型及求解方法的精确性
  • 3.5.1 拟合精度的检验方法
  • 3.5.2 Zernike 多项式描述的波前拟合精度
  • 3.5.3 一般数学波前的拟合精度
  • 3.6 模型的误差传递情况
  • 3.7 本章小结
  • 第四章 准分子激光屈光不正矫正关键模型
  • 4.1 角膜建模和屈光矫正概述
  • 4.1.1 角膜模型和屈光矫正模型回顾
  • 4.2 角膜曲面数学模型
  • 4.2.1 角膜曲面模型的建立原理
  • 4.2.2 角膜曲面方程的推导
  • 4.3 近视或近视散光通用矫正模型
  • 4.4 远视或远视散光通用矫正模型
  • 4.5 通用矫正模型的实现
  • 4.5.1 散光轴向与坐标转换
  • 4.5.2 矫正模型中参数的确定
  • 4.6 过渡区内角膜切削模型
  • 4.6.1 过渡区模型的设计
  • 4.6.2 模型的计算仿真
  • 4.6.3 过渡区模型的讨论
  • 4.6.4 过渡区模型特点总结
  • 4.7 本章小结
  • 第五章 波前像差引导的个体化切削关键模型
  • 5.1 眼波前像差矫正概述
  • 5.1.1 自适应光学技术矫正眼像差
  • 5.1.2 波前像差引导的个体化切削技术
  • 5.2 波前像差矫正模型
  • 5.2.1 角膜切削量同波前像差之间的转换模型
  • 5.2.2 像差矫正模型计算仿真
  • 5.2.3 波前像差矫正模型的讨论
  • 5.3 小光斑准分子激光飞点扫描模型
  • 5.3.1 飞点扫描的优点
  • 5.3.2 飞点扫描模型
  • 5.4 中心偏移和旋转情况下剩余像差计算模型
  • 5.4.1 中心偏移和旋转出现规律
  • 5.4.2 剩余像差计算模型
  • 5.4.3 中心偏移时的剩余像差
  • 5.4.4 旋转时的剩余像差
  • 5.4.5 中心偏移和旋转的纠正方法
  • 5.5 本章小结
  • 第六章 模型在视觉光学矫正装备中的实现及临床应用
  • 6.1 角膜切削模型的激光实现机理
  • 6.2 关键模型在视觉光学矫正装备中的实现
  • 6.2.1 准分子激光人眼像差矫正系统
  • 6.2.2 主观式像差仪
  • 6.2.3 准分子激光眼科治疗机
  • 6.3 屈光不正和像差矫正模型临床应用情况
  • 6.3.1 屈光不正矫正的临床应用情况
  • 6.3.2 像差矫正临床应用情况
  • 6.4 本章小结
  • 第七章 总结和展望
  • 7.1 全文总结
  • 7.2 研究展望
  • 参考文献
  • 致谢
  • 在学期间的研究成果及发表的学术论文
  • 附录1：第0～7 阶36 项ZERNIKE 多项式表达式
  • 附录2：第1～7 阶35 项归一化的ZERNIKE 多项式对X 的偏导数
  • 附录3：第1～7 阶35 项归一化的ZERNIKE 多项式对Y 的偏导数
  • 附录4: 采样矩阵D
  • 附录5：“准分子激光人眼像差矫正系统”鉴定意见
  • 附录6：“准分子激光人眼像差矫正系统”鉴定委员会名单
  • 附录7: 教育部提名国家科技进步一等奖复印件

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