Моделирование оптической системы глаза человека

• Автор: Курушина, Светлана Евгеньевна
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 130 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ГЛАЗА ЧЕЛОВЕКА И ЕЕ МОДЕЛИ
1Л. Анатомическое строение и оптические свойства глаза
1.2. Биометрические данные
1.3. Анализ и сравнение наиболее известных моделей
Выводы
2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ГЛАЗА
2Л. Принципиальная схема
2.2. Параксиальный расчет
2.3. Аналитическое решение уравнения луча, распространяющегося в неоднородной среде
Выводы
3. ИССЛЕДОВАНИЕ ОПТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МОДЕЛИ ГЛАЗА
3.1. Параксиальные характеристики 7
3.2. Численный метод расчета траекторий действительных лучей
3.3. Аберрационные свойства
3.4. Качество формируемого изображения
3.5. Универсальный алгоритм и программные средства математического моделирования глаза
Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ВВЕДЕНИЕ
Диссертация посвящена разработке математической модели глаза человека, наиболее адекватно воспроизводящей его естественное строение и оптические свойства.
Современные успехи в биометрических измерениях глаза и в области компьютерных технологий дают возможность создавать модели глаза, анатомически точно воспроизводящие его оптические характеристики.
Такие модели могут быть использованы для проектирования офтальмологических оптических приборов, для расчета визуальных характеристик глаз, которые подвергаются таким хирургическим процедурам, как кератэктомия и кератопластика, корректирующим недостатки зрительного преломления [75]. Кроме того, такие модели дают возможность лучше понять роль различных компонентов оптической системы глаза, а также могут быть применены для предсказания эффектов преломления в имплантантах [34, 49].
Замена хрусталика искусственным протезом ставит перед исследователем и клиницистом ряд физических проблем, от успешного разрешения которых зависит конечный функциональный результат.
Все применяемые в настоящее время интраокулярные линзы (ИОЛ) выполняют лишь основную оптическую функцию хрусталика, т. е. конвергируют лучи света. В тоже время псевдофакичный (с искусственным хрусталиком) глаз отличается от нормального глаза: в нем отсутствует аккомодация, смещаются главная и узловая точки, изменяются сферическая и хроматическая аберрации и наблюдается ряд других тонких оптических изменений. До настоящего времени эти вопросы еще мало разработаны.
При имплантации интраокулярной линзы нарушается бинокулярное зрение. При этом возникает высокая степень анизейконии (разная величина изображения), в то время как известно, что анизейкония свыше 1.5 - 2.5 %

делает невозможным восстановление бинокулярного зрения. Проблема анизейконии является одним из основных вопросов, которые должны быть решены при интраокулярной коррекции афакии (отсутствие хрусталика) [34]. Однако до настоящего времени остаются недостаточно изученными, во-первых, влияние всех оптических элементов глаза на величину анизейконии, во-вторых, вопросы выбора оптимальной рефракции оперированного глаза для каждого отдельного пациента. Основным принципом правильного расчета оптической силы ИОЛ является максимальное приближение величины изображения в оперированном- глазу к величине изображения во втором глазу. Для решения этих задач необходима модель, позволяющая по индивидуальным биометрическим данным анатомически точно воспроизвести оптическую систему здорового глаза. Используя полученные из расчета данные, моделируется ИОЛ, оптические свойства которой максимально приближены к индивидуальному естественному хрусталику здорового глаза.
Математическая модель глаза может быть использована и для решения ряда других научных, технических и медицинских задач. Выбор подходящей модели для такого рода задач осуществляется на основе ее соответствия анатомическим и оптическим характеристикам естественного глаза.
Очевидно, идеальной была бы модель, точно воспроизводящая и анатомические и оптические свойства глаза. Разрабатываемая модель должна удовлетворять следующим требованиям:
1) отражать геометрию оптической системы глаза и обол очечную структуру хрусталика;
2) воспроизводить параксиальные характеристики глаза субъекта;
3) иметь сферическую аберрацию, соответствующую экспериментальным данным;
4) воспроизводить широкоугольные оптические свойства глаза;
5) оценивать качество изображения на сетчатке при изменении уровней дефокусировки и размеров зрачка.

значений длин волн были оценены на основании экспериментальных данных о дисперсии и продольной хроматической аберрации.
Важной особенностью этой модели является то, что параметры, определяющие ее геометрию и анатомию, не нуждаются в изменении оригинальных значений, чтобы воспроизвести средние данные о сферической аберрации. Показатели преломления в этой модели также соответствуют анатомии (особенно для X = 589,3 нм), исключая градиентную структуру хрусталика. В этом случае используется эквивалентный показатель преломления Гульстранда - Ле Гранда, воспроизводящий оптическую силу хрусталика.
Расширяя модель [100] до широкоугольной, авторы предложили небольшую модификацию, изменив плоскую поверхность изображения на сферическую с радиусом кривизны 12 мм. Эта поверхность пересекается с оптической осью в параксиальном фокусе для X = 543 нм, которая рекомендуется в качестве рабочей длины волны. Этот выбор X произволен, но он позволяет сравнивать результаты вычислений с экспериментальными данными, полученными с помощью Не - № лазера. Кроме того, эта длина волны близка к максимуму кривой видности для стандартных наблюдений (X = 555 нм). В таблицах 5 и 6 представлены геометрические параметры и показатели преломления соответственно.
Для длины волны 543 нм заднее фокусное расстояние этого схематического глаза 22.03 мм и оптическая сила 60.7 дптр. Входной зрачок расположен на расстоянии 3.04 мм от первой поверхности роговицы, и выходной зрачок - на расстоянии -3.92 мм от задней поверхности хрусталика глаза.
Все траектории лучей, анализ волнового фронта и вычисление МТБ' сделаны с помощью Zemax..