模型眼及光学分析软件在眼部疾病的应用进展

模型眼是用于研究眼球解剖结构和光学特性的一种眼模型,在光学分析软件的协助下可以计算和分析生理或病理状态下的视觉质量。通过光学分析软件调整模型眼各种生物参数(如眼轴、角膜曲率半径等)改变模型眼屈光状态,可以为眼科手术规划和治疗方案的制定提供可靠的实验平台,使得视觉质量的评估更加准确和客观。既往模型眼主要用于光学和眼科学的理论学习,近年来,随着计算机领域的进步,模型眼及光学分析软件已在白内障、屈光不正等眼科疾病的诊断和治疗中开展相关应用。作为一种新型评估方法,模型眼在眼科学领域展现出了重要的诊疗价值。文章旨在总结目前应用广泛的模型眼及光学分析软件,阐述模型眼在视觉质量评估方面的应用,为眼科疾病的诊断和治疗提供新视角。

Hwey—LanLiou模型眼中Toric人工晶状体旋转对成像质量的影响

背景 目前关于Toric人工晶状体（IOL）旋转造成散光残留的研究较多，但其对成像质量和波前像差带来的影响尚不清楚。目的 评价Toric IOL旋转对成像质量、波前像差及球镜和柱镜度残留的影响。方法将＋22.0 D T3、T4、T5型Toric IOL分别植入Hwey-Lan Liou精密模型眼，IOL后表面平坦轴置于X轴，陡峭轴置于Y轴，在波长为550 nm的单色光和瞳孔直径4 mm条件下采用Zemax光学设计软件模拟带有Toric IOL的角膜散光模型眼。将Toric IOL分别旋转5°和10°，分别测定Toric IOL在居中位及旋转位的调制传递函数（MTF）及离焦、散光、彗差、三叶草像差和球差，计算该条件下模型眼出现的球镜和柱镜的屈光误差。结果 Toric IOL居中时角膜散光可完全矫正，T3、T4、T5型Toric IOL的MTF非常接近，随着Toric IOL旋转度变大，40～60 c/d高空间频率下成像质量明显下降，3种晶状体MTF曲线均逐渐下降，以散光度大的T5型Toric IOL下降最为明显。Toric IOL旋转后彗差、三叶草像差和球差无明显变化，但散光度和离焦均增加。Toric IOL旋转后残留散光度增加，同时球镜度增大。结论 Toric IOL植入后位置的旋转导致眼的成像质量下降，散光度较大的Toric IOL旋转引起的MTF曲线降低更为明显。Toric IOL的旋转主要造成散光和球镜度的增加，但高阶像差不受影响。

利用Hwey-Lan Liou模型眼研究的复曲面人工晶状体焦深的变化

背景 复曲面人工晶状体（IOL）虽然能有效矫正角膜散光,提高患者的视觉质量,但由于其光学结构复杂,故许多条件下其光学质量与球面IOL存在差异.目的 评价和比较复曲面IOL、球面IOL和非球面IOL在复色光环境下的焦深变化.方法用Zemax光学设计软件建立Hwey-Lan Liou模型眼,采用光线追迹法进行计算,评价并比较Tecnis ZA9003 IOL、SN60AT IOL、Arcysof Toric IOL在复色光条件下和在不同瞳孔直径条件下的焦深变化,并绘制离焦曲线.结果 瞳孔直径为3 mm时,球面和复曲面IOL在离焦=0的情况下均有较好的调制传递函数（MTF）,上述3种IOL的焦深范围非常接近,正负方向的离焦曲线对称.瞳孔直径为5 mm时,球面和复曲面IOL的MTF明显较瞳孔直径为3 mm时降低,离焦MTF曲线向负离焦方向偏移,焦深较瞳孔直径3 mm时减小.非球面IOL的离焦MTF稳定,不随瞳孔直径的增大而发生明显变化,但焦深明显减小.结论 复曲面IOL有与球面IOL相近的焦深变化规律,焦深随着瞳孔直径的增大而减小,对负离焦耐受较好.

一种新型的可检测不同人工晶状体植入术后功能视力的模型眼(英文)

目的:通过这种新型的模型眼比较各种人工晶状体(以Tecnis为代表的非球面晶状体、以Array为代表的多焦晶状体及以EPOCH为代表的传统单焦球面晶状体)植入术后的功能视力。方法:我们这种新型的模型眼是根据理论模型眼的光学特性设计而来的。该模型眼是由一个焦距为35mm的球面设计的摄影镜头、一个置于房水的人工晶状体、一个电荷耦合照相机(CCDcamera)构成,图像分析采用目前国际上标准的商业化遥感处理软件系统。结果:模型眼和人眼具有相似的调制传递函数(modula-tiontransferfrequency,MTF)。模型眼所成的像和植入人工晶状体的眼睛所成的像相似,光阑的孔径和人工晶状体的屈光度可以改变,也可将镜片置于摄影镜头之前。结论:该模型眼能够即时的给出人工晶状体植入术后所成的像,让我们可以直接观察到模型眼构成的图像而不是数据,并能显示出各种人工晶状体的差异。

一种用于检测眼底成像设备的简化模型眼

该文基于GullstrandⅠ号模型眼,设计一种用于检测眼底成像设备的简化模型眼,模型眼达到如下要求:(1)其屈光特性模拟实际人眼屈光组织,等效空气中焦距为17 mm;(2)相邻材料的相对折射率差均与GullstrandⅠ号模型眼屈光组织任意相邻的两层(角膜与房水、房水与晶状体、晶状体与玻璃体)之间的相对折射率差的偏差不大于1%;(3)在入射光阑为3 mm的情况下,近轴光与轴外光的弥散斑半径与GullstrandⅠ号模型眼偏差不大于15%;(4)主光线与眼底切线的夹角与GullstrandⅠ号模型眼偏差不大于1°;(5)在入射光阑为3 mm的情况下,近轴光的MTF数值与GullstrandⅠ号模型眼偏差不大于0.1。简化模型眼可预期替代ISO 10940:2009《眼科仪器眼底照相机》中的测量方法,用作检测眼底成像设备。

无晶状体后房型人工晶状体模型眼的设计研究

目的:探讨并设计无晶状体后房型人工晶状体模型眼。方法:以Gu llstrand(1号)模型眼及标准人工晶状体眼部分数据为基础进行数理推导,导出无晶状体植入后房型人工晶状体模型眼的理论参数。结果:设计出无晶状体植入后房型人工晶状体1号与2号模型眼。结论:无晶状体植入后房型人工晶状体1号与2号模型眼,为研究无晶状体植入人工晶状体后的光学系统提供了基本参数。

眼底成像检测用模型眼的研制及应用

眼底成像检测类设备是眼科检查必不可少的设备,目前国内测量该类设备的准确性尚没有统一的模型眼。现基于GullstrandⅠ号模型眼,设计一种用于检测眼底成像设备的模型眼,并将模型眼应用于眼底照相机的检测。检测结果表明,将ISO10940:2009《眼科仪器眼底照相机》中的测量方法与采用模型眼检测相比,视场角结果相对偏差0.2%,分辨力结果一致。模型眼可替代ISO10940:2009中的测量方法,用作检测眼底成像设备。

角膜地形图仪检测用模型眼的研制及应用

角膜地形图仪是眼科检查必不可少的仪器,目前国内测量角膜地形图仪的准确性尚没有统一的模型眼。该研究从角膜地形图仪的临床应用入手,介绍了几种角膜地形图仪的测量原理,研制了三种规格的角膜地形图仪检测用模型眼,并将这些模型眼应用于角膜地形图仪的检测。检测结果表明,模型眼能够符合国际标准的要求,可以用于角膜地形图仪的检测。

模型眼检影实训练习的设计思路及对比

天津模式和温州模式是当前应用比较广泛的2种检影验光模式。我们指导学生根据其使用习惯,选择不同的检影验光模式,在不同的屈光状态下,利用模型眼进行实训练习设计,并比较其优缺点。

双焦和多焦人工晶状体在模型眼中的定量分析多焦人工晶状体的点分布函数

目的：比较衍射双焦和折射多焦人工晶状体（IOL）的光学性质。方法：使用瞳孔直径为4．5mm的模型眼，确定衍射双焦IOL（811E型，美国俄亥俄州哥伦布法玛西亚公司产品）和折射多焦IOL（SA40N型，美国加利福尼亚州Irvine眼力健公司产品）的远、近焦点的点分布函数（PSF），并与对应的单焦IOL的PSF比较。为解释这些PSF，还对直通焦点、调制传递函数和Strehl比率进行评估。结果：衍射双焦IOL远、近焦点的光强分别达到相应单焦IOL光强的58．5％和42．7％，围绕2个焦点的最大光晕强度大约为4．5％。与相应的单焦IOL相比，折射多焦IOL的远、近峰值分别为73．4％和25．1％，与远焦点重叠的离焦像的光强大约为远焦点的3．0％，而多焦IOL近焦点的PSF明显受离焦像的影响。三者相比，单焦IOL的计算调制传递函数结果比较好，测试远焦点结果相似，近焦点则衍射双焦IOL明显占优。结论：调制传递函数显示，衍射双焦IOL与折射多焦IOL相比，远视觉特征可比，近视觉特征优点明显。

水液缺乏型干眼模型小鼠睑板腺的变化

背景:近年来,越来越多的研究关注于睑板腺中腺泡细胞的增殖异常分化,认为这一过程与干眼症的发生和发展密切相关。睑板腺管腔阻塞和腺泡萎缩等结构和功能异常,可引起或加重干眼。因此,研究干眼中睑板腺变化对于深入理解干眼症的发病机制、寻找治疗和预防干眼症的新靶点具有重要的意义。目的:探究水液缺乏型干眼模型小鼠中睑板腺的变化。方法:选取6-8周雌性C57/B6小鼠32只,随机将其分成2组,每组16只。实验组小鼠采用同时切除眶外和眶内的泪腺的方法建造水液缺乏型干眼小鼠模型,对照组不做手术处理。正常饲养2周后于裂隙灯下观察两组小鼠角膜的改变,同时检测泪液分泌量。麻醉后脱颈处死两组小鼠后取睑板腺,观察睑板腺大体形态的变化,制成冰冻切片,苏木精-伊红染色观察睑板腺的结构,油红染色评价睑板腺的功能,免疫荧光染色和RT-qPCR观察两组小鼠睑板腺中祖细胞角蛋白14、细胞核增殖相关抗原(Ki67)以及异常分化的小脯氨酸丰富蛋白1B的表达情况。结果与结论:①造模2周后,实验组小鼠角膜可见片状缺损,角膜缘新生血管生成且侵入角膜中央;②实验组小鼠泪液分泌量较对照组明显减少(P<0.05);③显微镜照相显示,实验组睑板腺导管中断萎缩,排列紊乱;④苏木精-伊红结果显示,实验组小鼠睑板腺中的脂质空泡较对照组明显增多;⑤油红染色中可见实验组小鼠脂质沉积;⑥免疫荧光和RT-qPCR结果显示,实验组小鼠睑板腺中祖细胞角蛋白14、Ki67、小脯氨酸丰富蛋白1B的表达较对照组明显增多(P<0.05);⑦提示水液缺乏型干眼可导致睑板腺的代偿性肥大、增殖增加、脂质代谢异常,同时可发生睑板腺异常分化。

基于镜眼联合模型的单光镜片设计及制造

针对现有单光镜片存在人眼实际感受屈光力不恒定的问题,提出了一种基于镜眼联合模型的单光镜片设计方法。将人眼视角变化与对应的镜片使用区域相匹配,以角膜表面人眼实际感受到的屈光度保持恒定为基准,对镜片表面的屈光度进行重新计算,最终获得镜片表面的屈光度分布及相应的面形数据。基于所提设计方法,以角膜表面实际感受到的屈光度-6.00 D为例,生成面形数据进行镜片加工,并对加工后的镜片面形及屈光度进行了测量和评价。测试结果表明:加工镜片的中心屈光度为-6.30 D,且呈中心向边缘渐变趋势,屈光度最大误差小于±0.23 D,验证了所提方法的有效性。

基于人眼光学模型建立的角膜模型

考虑角膜面型的非球面特性,应用光学设计软件Zemax,从光学成像角度提出了结合人眼光学模型的角膜双二次曲面模型的建立方法;结合国人正视眼和近视眼的有关实测数据和分析结果,以人眼的波像差为评价函数,对初始模型眼进行优化,给出了符合我国人眼特点的正视眼和近视眼模型中的角膜模型。讨论了矫正近视的矫正眼模型中的角膜理想模型和可用于角膜屈光手术中的切削模型,切削深度的最大值在角膜中心处,约26.5μm。结果表明:基于人眼光学模型的角膜双二次曲面模型,符合角膜的面型特点,适合临床实际应用,可为波像差引导的个性化角膜切削方案提供更适用的数字化模型。

人眼光学模型的研究与发展

以适宜光刺激为主的人眼是人类获取外界信息最多的重要感觉器官。从光学角度而言,人眼是一个有多个界面的复杂光学系统,每一个界面都具有复杂的几何特征和光学特性。结合光学测量,对人眼建立光学模型,研究每个界面的光学特征,在视光学和眼科学领域都有着重要的实际应用意义。通过对国内外模型眼的研究与发展的介绍,总结了各种典型人眼模型的光学结构与特性,并给出了人眼光学模型的研究发展趋势———个性化与精密性。

基于模型眼复曲面IOL纵向色差的评价

目的 评价复色光环境下球面、非球面、toric IOL的纵向色差.方法 实验研究.在Zemax光学设计软件中建立Hwey-Lan Liou模型眼,使用光线追迹法计算SN60AT IOL、YA60BB IOL、Tecnis ZA9003 IOL和3种型号toric IOL的纵向色差.使用Originpro 7.5（美国OriginLab公司）制图软件绘图.结果 复色强光环境下SN60AT IOL的纵向色差是2.35 D,YA60BB IOL是2.06 D,Tecnis ZA9003 IOL是1.57 D.3种型号toric IOL的纵向色差是2.34 D,材料色散系数小的IOL有较小的纵向色差;球面SN60AT和T3、T4、T5 toric IOL有相同的纵向色差;暗光环境的纵向色差大于强光环境.结论 Abbe数越大,IOL的纵向色差越小.低散光度的toric IOL与球面IOL有相同的纵向色差.

基于模型眼的球面人工晶状体单色像差分析

目的运用基于Hartmann—Shack原理的模型眼来评价球面人工晶状体（IOL）单色像差。方法前瞻性研究。本研究分为2个部分。①选取SA60AT（美国Alcon公司）系列IOL5片，屈光度分别为＋10、＋15、＋20、＋25、＋30D；②选取IOL3片，屈光度均为＋20D，分别为SA60AT、AkreosAdapt（美国博士伦公司）、AR40e（美国AMO公司）。搭建模型眼光路，将待测IOL置于光路中，以电子耦合设备（CCD）图像传感器接受像点，测出在436、486、525、546、589、660、710nm不同波长下的像点图，经Matlab软件进行处理，采用双因素Pearson相关分析及单因素方差分析评价IOL的单色像差。结果第一部分：SA60AT系列IOL的球差（Z12，r=0．599，P〈0．05）、垂直彗差（Z7，r=0．817，P〈0．05）、水平彗差（Z8，r=0．488，P〈0．05）与屈光度呈正相关，总高阶像差均方根值（RMSh）与屈光度不相关（r=0．007，P〉0．05）；波长与球差（r=一0．213，P〉0．05）、垂直彗差（r=-0．074，P〉0．05）、水平彗差（r=0．021，P〉0．05）及RMSh（r=-0．322，P〉0．05）均不相关。第二部分：3种IOL的球差（F=74．637，P〈0．05）、水平彗差（F=6．719，P〈0．05）及RMSh（F=11．768，P〈0．05）差异有统计学意义，垂直彗差差异无统计学意义（F=1．295，P〉0．05），AR40e的球差、水平彗差及RMSh相对最小；波长与各IOL的球差（r=0．007，P〉0．05）、垂直彗差（r=-0.312，P〉0．05）、水平彗差（r：-0．238，P〉0．05）及RMSh（r=0．246，P〉0．05）均不相关。结论利用Hartmann—Shack原理设计的模型眼可以便捷地检测IOL的单色像差，为临床上IOL的选择及其光学设计的改进提供了参考依据。

基于主观式测量人眼波前像差的眼模型研究

通过主观式光线追踪波前像差测量方法得到用Zernike系数描述的人眼波前像差;在GullstrandLeGrand眼模型的基础上,引入用医用角膜地形图仪测量并用高次非球面函数拟合的实际人眼角膜形状数据,又引入角膜、前房及玻璃体厚度等个体化的眼结构参数;在光学建模软件Zemax中用所测Zernike系数建立评价函数,并对用Zernike矢高面描绘的晶状体表面进行优化.由此建立了个体化眼模型,并由此模型中可以计算得到与实际测量的波前像差值完全相同的各项Zernike系数值,从而可用于描述实际人眼的光学特性.

基于眼模型的数字眼底相机设计

基于Gullstrand-Le Grand眼模型设计了一个视场角为30°的免散瞳手持式数字眼底相机。综合考虑人眼本身和外部系统的像差后，实现了全视场2×10^6 pixel的高清晰眼底成像；引入眼模型辅助设计，解决了人眼自身的色差问题，从而适用于白光照明。为避免角膜中心曲率大的区域反射引入杂散光，专门设计了环形光阑和共轴照明相结合的照明系统。结果表明，该相机系统成像分辨率〉120lp／mm，场曲值〈0．86mm，畸变仅为7．2％，色差值〈3．5μm，并且具有较大的调焦能力，对-10m^-1～7m^-1屈光度人眼普遍适用。

基于眼模型的非球面眼底荧光相机的设计

运用非球面光学理论,设计了一款基于Gullstrand-Le Grand眼模型的便携式非球面眼底荧光相机。该相机根据滤光片选择原则,选用Nikon公司的B-2A滤光组合作为滤光系统进行光谱滤光;为避免角膜中心较大曲率引起的杂散光,采用环形光阑和共轴式照明相结合的照明方式实现眼底均匀照明;摄影系统中引入眼模型结构,综合校正了人眼及系统的像差,实现了全视场20×106pixel的高清晰成像。该摄影系统包含有2个非球面结构,使系统由9片镜结构简化为7片镜结构。实验结果表明,该相机具有较大的调节能力,对-12～+12m-1的人眼普遍适用,其视场角为30°,像面成像分辨率为120lp/mm,畸变值<3.9%。非球面光学元件的使用,有效地简化了系统,减小了系统体积和重量,提高了成像质量。

去势雄兔干眼模型泪液分泌和泪膜稳定性的改变及局部雄激素治疗效果观察

目的观察去势雄兔泪液分泌、泪膜稳定性改变和结膜、泪腺病理组织学变化以及局部应用雄激素的治疗效果。方法健康成年雄兔18只,随机分为正常组、干眼组和治疗组,每组6只。干眼组和治疗组行双侧睾丸及附睾切除制作干眼模型。分别于去势前和去势后1、2、3、4、6、8、12周检测各组Shirmer试验、泪膜破裂时间、虎红染色;测定去势前后血清睾酮含量;同时应用光镜进行结膜、泪腺的病理组织学观察。治疗组去势后4周给予3%睾酮点双眼。结果实验6周后治疗组泪液分泌增加,泪膜破裂时间延长,与干眼组相比差异有统计学意义(P<0.01)。局部应用睾酮治疗对血清睾酮水平无明显影响(P>0.05)。治疗组泪腺及结膜组织中淋巴细胞浸润明显减少。结论去势后雄兔睾酮水平明显低下是造成干眼的原因之一,局部雄激素治疗对该型干眼有效且对全身雄激素水平无明显影响。