Хроматическая аберрация

Хроматическая аберрация состоит в том, что луч белого света, падая на линзу параллельным пучком, разлагается в спектр, каждому цвету которого соответствует своя длина волны. При фокусировании оптической системой спектр имеет не один фокус, а множество. Крайние лучи спектра - коротковолновые (сине-зеленые) - фокусируются ближе к роговице, а длинноволновые (красные) - дальше (рис. 5.1).

Интервал между фокусами для этих лучей может достигать 1,0-1,5 дптр. При этом очертания предметов можно наблюдать окрашенными слабыми цветными каемками. При гиперметропической рефракции каемки красные, при мистической - синие.

Повседневный опыт показывает, что при правильном фокусирования, слабые по своей яркости, глазом не замечаются. При нормальном фокусировании глаза отчетливое изображение на сетчатке дают желтые лучи.

Хроматическая аберрация используется в диагностике аметропий: на ней основаны так называемый дуохромный тест и исследование зоны покоя аккомодации с кобальтовым стеклом.

При применении дуохромного теста пациенту с подобранной коррекцией предъявляют оптотипы на двух полях: красном и зеленом. Если он ярче, четче видит их на зеленом фоне, то установка глаза гиперметропическая, и, следовательно, следует уменьшить силу минусовых линз или увеличить силу плюсовых, и наоборот. Необходимо добиваться одинаковой четкости знаков на красном и зеленом фоне.

Кобальтовое стекло задерживает лучи средней части спектра и пропускает только синие лучи с длинной волны 480 нм и красные с длиной волны 750 нм.

Пациент смотрит через кобальтовое стекло на светящийся источник света, находящийся на конечном расстоянии. Он будет видеть светящуюся точку бесцветной только при идеальном фокусировании на сетчатке. При гиперметропии он увидит синее пятно с красной каймой, при миопии - красное пятно с синей каймой.

Сферическая аберрация

При сферической аберрации имеются различия в рефракции между центральной частью зрачка и его периферией.

Если лучи, проходящие через периферические участки зрачка, преломляются сильнее, чем лучи, проходящие через центральную часть зрачка, то такая аберрация называется положительной сферической аберрацией, если наоборот - то отрицательной (рис. 5.2).

Сферическая аберрация возникает из-за индивидуальных особенностей строения оптической системы глаза: кривизны поверхности роговицы и поверхностей хрусталика. Оптические дефекты роговицы компенсируются кривизной поверхностей хрусталика. В афакичных глазах, как правило, аберрации выражены сильнее и могут быть причиной понижения зрения.

Астигматизм косых пучков

Астигматизм - хорошо знакомое офтальмологам явление. Оно возникает из-за несферичности, а точнее, торичности преломляющих поверхностей глаза, и прежде всего роговицы. В сущности, вряд ли в контексте настоящей главы астигматизм при прямом падении лучей на оптическую систему следует относить к аберрациям.

Если на оптическую систему падает узкий пучок лучей, находящихся на значительном расстоянии от ее оси, то он сфокусируется в виде двух взаимно перпендикулярных отрезков, находящихся на определенном расстоянии друг от друга, образуя коноид Штурма, как и при прямом падении лучей на торическую поверхность. Эта погрешность оптической системы называется астигматизмом косых пучков. В плоскости изображения получается пятно в виде эллипса (рис. 5.3).

Кривизна поля изображения

При изображении отрезка каждой его точке в Пространстве изображений будет соответствовать 2 изображения, лежащих в сагиттальной и меридиональной плоскостях. Если соединить все точки, получим 2 кривые линии. Под кривизной поля изображения понимают среднюю поверхность между обеими астигматическими поверхностями (рис. 5.4).

Кома

Если светящаяся точка, расположенная вне оси оптической системы, посылает широкий пучок, то в плоскости изображения получается светящийся кружок с хвостом (похожий на запятую). Это искажение носит название «кома» (рис. 5.5).

Дисторсия

Нарушение подобия изображения и предмета обусловлено тем, что разноудаленные от оптической оси точки предмета изображаются с разным увеличением. Меняется форма изображения в сравнении с предметом, но без нарушения резкости, так как точка изображается точкой (рис. 5.6).

В офтальмологии дисторсией называют также искажения формы предметов, вызванные астигматическими линзами; при этом предметы могут казаться сжатыми или растянутыми в одном направлении.

Аберрации

Представление о глазе как о совершенном оптическом приборе мы приобретаем еще со школы при изучении раздела физики «Оптика». При изучении соответствующих наук в высшем или среднем специальном учебных заведениях такое представление о глазе закрепляется, обрастая дополнительной информацией. Поэтому высказывание С.Н. Федорова о том, что глаз является несовершенным прибором и задача офтальмолога в усовершенствовании его, долгое время воспринималось многими врачами со скепсисом.

А что есть лазерная коррекция, если не усовершенствование ошибок природы? Ошибками природы здесь можно назвать близорукость, дальнозоркость и астигматизм. И не только. Ученые-оптики знали об этом давно. Они знали, что при конструировании даже самой простой подзорной трубы необходимо не только сфокусировать оптическую систему в одной точке (исключить близорукость, дальнозоркость и астигматизм подзорной трубы), но и обеспечить качество получаемого изображения. Линзы, из которых делают подзорную трубу, должны быть из хорошего стекла, почти идеальной формы и с хорошо обработанной поверхностью. Иначе изображение будет нечетким, искаженным и размытым. Вот тогда и началось изучение аберраций - мельчайших шероховатостей и неравномерностей преломления. А с появлением аппаратов для выявления и измерения аберраций глаза в офтальмологию вошло новое измерение - аберрометрия.

Аберрации могут быть разного порядка . Самыми простыми и наиболее известными аберрациями являются собственно те самые близорукость, дальнозоркость и астигматизм. Их называют дефокусом или аберрациями второго, низшего порядка. Аберрации высшего порядка и являются теми самыми шероховатостями и неравномерностями преломления, о которых уже упоминалось выше.

Аберрации высшего порядка также делят на несколько порядков. Принято считать, что на качество зрения влияют аберрации в основном до седьмого порядка. Для удобства восприятия существует набор полиномов Зернике, отображающий виды монохроматических аберраций как трехмерную модель неравномерности преломления. Набором этих полиномов более-менее точно можно отобразить любую неровность рефракции глаза.

Откуда появляются аберрации?

Они есть у всех. Из них и состоит индивидуальная карта преломления глаза. Современные аппараты обнаруживают аберрации высшего порядка, как-то влияющие на качество зрения, у 15 % людей. Но индивидуальные особенности преломления есть у каждого.

Поставщиками аберраций являются роговица и хрусталик.

Причинами аберраций могут быть:

Врожденная аномалия (совсем небольшие и слабо влияющие на зрение неравномерности, лентиконус);

Травма роговицы (рубец роговицы стягивает окружающую ткань, лишая роговицу сферичности);

Операция (радиальная кератотомия, удаление хрусталика через роговичный разрез, лазерная коррекция, термокератопластика и другие операции на роговице);

Заболевания роговицы (последствия кератита, бельмо, кератоконус, кератоглобус).

Причиной внимания офтальмологов к аберрациям является офтальмохирургия . Не обращая внимания на аберрации и не принимая в расчет их влияние на качество зрения, офтальмология просуществовала довольно долго. До этого аберрации изучали и боролись с их негативным влиянием только производители подзорных труб, телескопов и микроскопов.

Операции на роговице или хрусталике (имеется в виду роговичный разрез) на несколько порядков увеличивают аберрации высшего порядка, что иногда может приводить к снижению послеоперационной остроты зрения. Поэтому широкое внедрение в офтальмологическую практику имплантации искусственного хрусталика, кератотомии и лазерной коррекции способствовало развитию диагностической аппаратуры: появились кератотопографы, анализирующие карту преломления роговицы, а теперь и аберрометры, анализирующие весь волновой фронт от передней поверхности роговицы до сетчатки.

Аберрации, появившиеся из-за ЛАСИК

Исправляя дефокус (близорукость, дальнозоркость), рефракционный хирург прибавляет пациенту аберраций высокого порядка.

Формирование микрокератомом роговичного лоскута приводит к росту аберраций высшего порядка.

Осложнения во время ЛАСИК приводят к росту аберраций высшего порядка.

Процесс заживления приводит к росту аберраций высшего порядка.

Борьба с аберрациями, индуцированными ЛАСИК

Убирать микрошероховатости и неравномерности с помощью эксимерного лазера с щелевой подачей луча не представлялось возможным. Изобретена и внедрена в производство установка с возможностью точечной абляции, то есть диаметр лазерного луча в некоторых моделях менее миллиметра. С использованием полиномов Зернике были введены в практику компьютерные программы, позволяющие автоматически преобразовывать полученную из аберрометра индивидуальную карту рефракции в лазерной установке в алгоритм, управляющий лучом, устраняющим не только остаточный дефокус, но и аберрации высшего порядка. Полиномы Зернике становятся набором инструментов, каждый из которых предназначен для удаления определенного компонента в аберрационном комплексе. Как у столяра рубанок предназначен для выравнивания, долото - для углубления, пила -для разделения, топор - для раскалывания. Все не так просто, конечно. Как у топора можно найти не одно, а десять способов применения, так и полином предназначен для удаления пространственно довольно сложных форм. Но основной принцип понятен.

Роговица при проведении такой персонализированной лазерной абляции должна приближаться по своей форме к уровню оптически идеальной сферы.

Суперзрение

После проведения персонализированной лазерной коррекции у некоторых пациентов была получена острота зрения более 1,0. Пациенты видели не только десять строчек, но и одиннадцать, и двенадцать, и даже больше. Этот феномен был назван «суперзрение».

В научных кругах разгорелась дискуссия чуть ли не о нарушении прав человека. Насколько корректно давать человеку слишком хорошее зрение, ведь он увидит изъяны на лицах близких людей, станет различать каждый пиксель на экране компьютера и телевизора, страдать от избытка визуальной информации. Вполне научный подход. Может быть, этот спор и будет актуальным через несколько лет.

Однако параллельно с этим спором появились и коммерческие предложения . В рекламах эксимерных клиник обещали суперзрение каждому. Но суперзрение не прогнозируемо! У кого-то из пациентов получится, а у десятков других - нет. Ведь способность к суперзрению определяется размерами фотодетекторов глаза, тех самых колбочек на сетчатке. Чем меньше колбочка и чем больше ее плотность в макуле, тем более мелкий предмет сможет разглядеть человек. К тому же влияние каждого вида аберраций высшего порядка на зрение еще недостаточно изучено. Поэтому коммерческое предложение суперзрения в виде суперЛАСИКа (см. выше) некорректно. Можно лишь говорить о персонализированной лазерной коррекции.

Влияние аберраций на зрение

Во времена «холодной войны» между СССР и США одним из самых важных направлений работы спецслужб двух стран стал научный и военнопромышленный шпионаж. Когда новый советский истребитель МиГ продемонстрировал в локальных войнах явное преимущество своих технических характеристик над самолетами противника, разведка США сделала все, чтобы завладеть секретными разработками конструкторского бюро Артема Микояна. В конце концов им удалось заполучить почти целый МиГ.

Одними из преимуществ МиГа над американскими аналогами являлись его маневренность и скорость, обусловленные крайне низкой по тем временам сопротивляемостью воздуха при полете. Воздух будто совсем не сопротивлялся корпусу самолета, плавно обтекая его контур.

Американские авиаконструкторы для достижения такого эффекта пытались сделать поверхность своих самолетов идеально гладкой, ровной и обтекаемой. Каково же был их удивление, когда они увидели неровную, шероховатую поверхность МиГа с выпирающими шляпками «заклепок и болтов». Секрет обтекаемости российского самолета оказался прост и гениален. Все эти шероховатости во время полета создавали вокруг корпуса самолета своеобразную воздушную подушку, позволяющую максимально снизить сопротивляемость воздуха.

Возможно, это миф или легенда авиаконструкторов, но такая аналогия прекрасно иллюстрирует отношение офтальмологов к аберрациям высшего порядка. Дело в том, что взгляды офтальмологов на вопрос влияния аберраций на зрение за последние десять лет прошли определенную эволюцию, сходную с эволюцией американских конструкторов к характеристикам поверхности самолета.

Как было сказано выше, на проблему аберраций офтальмологи обратили пристальное внимание в основном из-за ухудшения качества зрения после корнеорефракционных операций . Пациенты видели нужное количество строчек, но жаловались на снижение темновой адаптации, искажение и расплывчатость границ видимых предметов. Были и такие, у кого при практически нулевой рефракции (то есть отсутствии близорукости и дальнозоркости) острота зрения недотягивала 1-2 строчки до того уровня, который они давали в очках до коррекции. Немудрено, что отношение к аберрациям было сугубо отрицательным, как к приобретенной либо врожденной патологии. Именно это отношение и послужило причиной гонки за идеальной сферичностью роговицы и суперзрением.

Теперь мнение офтальмологов меняется. Первой ласточкой был легендарный офтальмохирург Палликарис (рефракционный хирург с мировым именем и один из основоположников лазерной коррекции).

В 2001 г. в Каннах он предположил, что у каждого человека, кроме параметров глаза, фиксируемых с помощью современных приборов, существует еще и «динамический зрительный фактор». К чему приведут дальнейшие исследования в этой области, покажет время. Безусловно одно: аберрации могут как снижать, так и повышать остроту зрения.

Возможно, дальнейшее изучение «динамического зрительного фактора» будет базироваться на следующей гипотезе.

Проведение ЛАСИК приводит к увеличению аберраций высшего порядка. Возможно, сужать эти аберрации до семи порядков в научноисследовательской перспективе не совсем правильно. Имеет значение тут и перепад оптической плотности в области интерфейса (подлоскутного пространства), и шероховатость полученной поверхности роговичного ложа, и процессы заживления (ремодуляция формы роговицы, тракция поврежденных фибрилл, неравномерность эпителиалного пласта и т. п.). Все это вкупе с другими аберрациями приводит к размытости фокуса на сетчатке, появлению нескольких изображений. Головной мозг с помощью механизма аккомодации из всех представленных изображений выбирает наиболее четкое и удовлетворяющее его в данный период времени (принцип мультифокальности). Именно индивидуальные особенности адаптации головного мозга к вариабельности получаемого изображения и будут тем самым «динамическим зрительным фактором», от которого зависит - будет данный набор аберраций улучшать зрение у данного человека или снижать его качество. А это уже связано с балансом сознания и подсознания, особенностями психомоторики, интеллектом, психологическим статусом.

Из дебрей предположений к конкретным вопросам.

Какие бывают аберрации?

Хроматическая, астигматизм косых пучков, кома и др. Все вместе они и формируют на сетчатке изображение окружающего мира, восприятие которого у каждого человека строго индивидуальное. Каждый из нас действительно видит мир только по-своему. Одинаковой для всех может быть только полная слепота.

Вот несколько видов аберраций высшего порядка.

1. Сферическая аберрация. Свет, проходящий через периферию двояковыпуклой линзы, преломляется сильнее, чем в центре. Главным «поставщиком» сферической аберрации в глазу является хрусталик, во вторую очередь - роговица. Чем шире зрачок, то есть чем большая часть хрусталика принимает участие в зрительном акте, тем более заметна сферическая аберрация.

В рефракционной хирургии наиболее часто индуцирует сферическую аберрацию:

Искусственный хрусталик;

Лазерная термокератопластика.

2. Аберрации углов наклона оптических пучков. Асферичность преломляющих поверхностей. Представляет собой несовпадение центров изображений светящихся точек, расположенных вне оси оптической системы. Подразделяются на аберрации больших углов наклона (астигматизм наклонных пучков) и малых углов наклона (кома).

Кома не имеет никакого отношения к известному диагнозу реаниматологов. Ее аберрометрическая картина похожа на окружность, расположенную в оптическом центре роговицы и разделенную линией на две ровные половины. Одна из половин имеет высокую оптическую силу, а другая -низкую. При такой аберрации человек видит светящуюся точку как запятую. При описании предметов люди с такой аберрацией используют слова «хвост», «тень», «дополнительный контур», «двоение». Направление этих оптических эффектов (меридиан аберрации) может быть различным. Причиной комы может быть врожденная или приобретенная разбалансировка оптической системы глаза. Оптическая ось (на которой располагается фокус линзы) роговицы не совпадает с осью хрусталика и вся оптическая система не сфокусирована в центре сетчатки, в макуле. Кома может быть в том числе и одним из компонентов неравномерности рефракции при кератоконусе. При проведении ЛАСИК кома может появляться в результате децентровки зоны лазерной абляции или особенностей заживления роговицы при лазерной коррекции дальнозоркости.

3. Дисторсия - нарушение геометрического подобия между предметом и его изображением - искажение. Разноудаленные от оптической оси точки предмета изображаются с различным увеличением.

Лазерная коррекция не является монополистом в коррекции аберраций. Уже разработаны искусственные хрусталики и контактные линзы, компенсирующие некоторые виды аберраций высшего порядка.

Экскурс в офтальмологическую классификацию аберраций

Аберрации подразделяют на три основные группы:

Дифракционные;

Хроматические;

Монохроматические.

Дифракционные аберрации появляются при прохождении луча света вблизи непрозрачного объекта. Световая волна отклоняется от своего направления, проходя рядом с четкой границей между прозрачной средой (воздухом) и непрозрачной средой. В глазу такой непрозрачной средой является радужка. Та часть светового пучка, которая проходит не в центре зрачка, а у его края, отклоняется, что приводит к светорассеянию по периферии.

Хроматические аберрации возникают вследствие следующего оптического явления. Солнечный свет, как уже говорилось, состоит из световых волн с очень разнообразной длиной. Видимый свет включает в себя диапазон от коротковолновых фиолетовых лучей до длинноволновых красных. Помните считалочку для запоминания спектра видимого света - цветов радуги? «Каждый охотник желает знать, где сидит фазан».

Красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый.

У каждого из этих видов лучей свой коэффициент преломления. Каждый цвет преломляется в роговице и хрусталике по-своему. Грубо говоря, изображение синих и зеленых частей предмета фокусируются у эметрона сетчаткой, а красные - за ней. В итоге изображение цветного предмета на сетчатке получается более расплывчатым, чем черно-белого. Именно на эффекте, связанном с хроматическими аберрациями, и базируется трехмерное видео.

Монохроматические аберрации, собственно, и являются основным предметом изучения рефракционных хирургов. Именно монохроматические аберрации подразделяются на аберрации высшего и низшего порядков. Монохроматические аберрации низшего порядка: близорукость, дальнозоркость и астигматизм. Монохроматические аберрации высшего порядка: сферическая аберрация, кома, астигматизм косых пучков, кривизна поля, дисторсия, нерегулярные аберрации.

Для описания комплекса монохроматических аберраций высшего порядка используют полиномы математического формализма Зернике (Цернике). Хорошо, если они близки к нулю, а среднеквадратичное отклонение волнового фронта RMS (root mean square) меньше длины волны или равно 0,038 мкм (критерий Марешаля). Впрочем, это уже тонкости рефракционной хирургии.

Стандартная таблица полиномов Зернике является своего рода набором трехмерных иллюстраций аберраций вплоть до седьмого порядка: дефокус, астигматизм, астигматизм наклонных пучков, кома, сферическая аберрация, трилистник, четырехлистник и так далее, до восьмилистника (trefoil, tetrafoil, pentafoil, hexafoil...). «Трилистники» представляют собой от трех до восьми равномерных секторов окружности с повышенной оптической силой. Их возникновение может быть связано с основными центростремительными направлениями фибрилл стромы, своего рода ребрами жесткости роговицы.

Аберрационная картина глаза весьма динамична. Монохроматические аберрации маскируют хроматические. При расширении зрачка в более темном помещении увеличиваются сферические аберрации, но уменьшаются дифракционные, и наоборот. При возрастном снижении способностей к аккомодации аберрации высшего порядка, ранее являвшиеся стимулом и повышавшие точность аккомодирования, начинают снижать качество зрения.

Поэтому в настоящее время сложно определить значимость положительного и отрицательного влияния каждого вида аберраций на зрение каждого человека.

Роль аберрометрии (с функцией кератотопографии) в предоперационном обследовании

Об этом уже все сказано. По данным аберрометрии составляется индивидуальная карта волнового фронта, по параметрам которой проводится персонализированная лазерная коррекция. У большинства пациентов уровень аберраций высшего порядка, мягко говоря, очень небольшой. И использовать персонализированную лазерную абляцию нет необходимости. Достаточно данных авторефрактокератометрии. Но это не значит, что не стоит гоняться за персонализацией. Ведь если у вас есть аберрации, то их можно выявить только при аберрометрии. И при коррекции вероятнее получить более высокую остроту зрения, чем у вас была когда-либо в очках или даже в контактных линзах.

Рис. 17. Анализатор волнового фронта глаза (аберрометр с функцией кератотопографии). Суть кератотопографии в следующем. На переднюю поверхность роговицы проецируются светящиеся концентрические круги (диск Плачидо) (б) и их отражение фотографируется аппаратом (а). По разнице между параметрами проецируемых и отраженных кругов аппарат вычисляет кривизну роговицы в 10000 точек и формирует «карту» рефракции.

Персонализированную лазерную абляцию еще проводят при докоррекции, при коррекции после других операций и при тонкой роговице.

Что касается диагностики как таковой, то есть поиска патологии, то тут главное - не пропустить кератоконус.

Еще раз о кератоконусе

Рефракционному хирургу выявить кератоконус при наличии соответствующей аппаратуры достаточно просто. Но проблема не в этом. Проблема в ответственности. Так же, как и сложность работы сапера не только в знании премудростей ремесла. Сложность в том, что сапер ошибается только один раз. С кератоконусом ошибаться нельзя. Ни разу. А для этого нужно постоянно держать в голове его косвенные признаки:

Миопический астигматизм чаще с косыми осями;

Оптическая сила роговицы более 46 дптр;

Тонкая роговица;

Удивительно хорошее зрение без очков и удивительно плохое в очках при наличии выраженного астигматизма;

Прогрессирование астигматизма;

Локальное выпячивание роговицы, чаще в нижнем секторе.

Вот это выпячивание и невозможно пропустить при кератотопографии (либо аберрометрии) . Выпячивание сопровождается ростом оптической силы. Общепринятый стандарт цветовой индикации окрашивает на снимке волнового фронта в синий цвет участки с меньшей оптической силой (диоптрийностью), а в красный цвет - с большей. Классический кератоконус выглядит как пятно красного цвета в нижнеправом или нижнелевом секторе роговицы.

К слову, обычный астигматизм высокой степени выглядит как красная бабочка. Иногда крылья этой бабочки теряют симметричность. Одно крыло становится огромным, смещается книзу, а другое уменьшается. Как песок в песочных часах, оптическая сила перетекает из верхней части в нижнюю. Вот это уже может быть проявлением кератоконуса. Делать лазерную коррекцию в таком случае нельзя.

Кто хуже переносит приобретенные после ЛАСИК аберрации?

Молодые люди с лабильной психикой и широким зрачком. У каждого из нас размер зрачка на свету разный. В среднем три миллиметра, но у некоторых с рождения бывает на пару миллиметров больше. А чем больше зрачок, тем больше площадь роговицы и хрусталика, принимающая участие в акте зрения. И тем больше мелких шероховатостей искажают изображение. Как правило, мозг не обращает внимания на такие мелочи. Так же как исключает из зрительной информации плавающие помутнения в стекловидном теле (они есть у большинства близоруких людей), и человек обращает на них внимание только иногда, глядя на слепяще-белый снег или, скажем, на светлый экран компьютера. Но у тонких, творческих, нервических натур восприятие часто обострено, и это может способствовать тому, что они постоянно обращают внимание на подобные раздражители. Это не придирчивость, а особенность нервной системы, как, например, индивидуальный порог болевой чувствительности.

В таких случаях можно попробовать выработать у мозга привыкание к аберрациям, а точнее, отвлечь его внимание от этой проблемы, в течение месяца закапывая капли, сужающие зрачок (пилокарпин). В случае неудачи такой тактики придется сделать докоррекцию с целью уменьшения аберраций высшего порядка.

Где в повседневной практике окулист может столкнуться с аберрациями высшего порядка?

При кератоконусе острота зрения с полной очковой коррекцией часто недотягивает до 1,0. При проверке зрения через диафрагму в три миллиметра и меньше острота зрения значительно улучшается (см. выше). И в том и в другом случае причина происходящего в аберрациях.

После удаления катаракты с имплантацией искусственного хрусталика пациент часто, даже с полной очковой коррекцией, не видит 1,0. Далеко не во всех случаях это связано с заболеваниями сетчатки, амблиопией или вторичной катарактой.

Искусственный хрусталик меньшего диаметра, чем естественный. Иногда искусственный хрусталик может стоять неровно. При проведении операции роговичным разрезом изменяется сферическая форма роговицы. Все эти причины вызывают аберрации высшего порядка. В крайнем случае их можно уменьшить, проведя персонализированную лазерную коррекцию (более подробно о биоптике в следующей главе).

Имеет смысл провести аберрометрию и при так называемой куриной слепоте, проявляющейся ухудшением остроты зрения в сумерках, но не сопровождающейся признаками серьезных заболеваний сетчатки (тапеторетинальная абиотрофия и др.).

Примеров можно привести немало. При появлении подозрений на наличие аберраций пациента можно направить на обследование в центр рефракционной хирургии.

Статья из книги:

Данная информация предназначена для специалистов в области здравоохранения и фармацевтики. Пациенты не должны использовать эту информацию в качестве медицинских советов или рекомендаций.

Аберрации человеческого глаза, способы их измерения и коррекции (обзор литературы)

Г.Б. Егорова, Н.В. Бородина, И.А. Бубнова
ГУ НИИ глазных болезней РАМН

This article is devoted to the new technology, «new diagnostic tool» –non–invasive wavefront sensing of the human eye, which can provide ophthalmologists with precise measurement of both higher– and lower–order aberrations. It describes most wide–spread types of wavefront systems, which use different principles in there functioning. Many factors, such as age of patient, accommodation, tear film break–up may cause the changes in wavefront map. Also higher order aberrations can be increased, by wearing soft or rigid contact lenses. Refractive and cataract surgery may induce large amount of higher order aberrations, which determine the cause the lower BCVA, than we can expect. This article describes different possible ways of correction higher order aberrations.

Современный мир предъявляет высокие требования к здоровью человека, и в первую очередь к зрению, так как основной объем информации поступает через зрительный анализатор. Для выполнения качественной и быстрой интеллектуальной работы специалист должен не только иметь хорошую остроту зрения, но удовлетворительную зрительную работоспособность, которая зависит от качества поступающего в головной мозг изображения.

Как и любой «неидеальной» оптической системе, человеческому глазу свойственны оптические дефекты – аберрации, которые снижают качество зрения, искажая изображение на сетчатке. Аберрация – это любое угловое отклонение узкого параллельного пучка света от точки идеального пересечения с сетчаткой в центре фовеолы при его прохождении через всю оптическую систему глаза .

В технической оптике качество оптической системы определяется аберрациями плоского или сферического фронта световой волны при прохождении через эту систему . Так, глаз без аберраций имеет плоский волновой фронт и дает наиболее полноценное изображение на сетчатке точечного источника (так называемый «диск Эйри», размер которого зависит только от диаметра зрачка) . Но в норме, даже при остроте зрения 100%, оптические дефекты преломляющих свет поверхностей глаза искажают ход лучей и формируют неправильный волновой фронт, в результате чего изображение на сетчатке получается более крупным и асимметричным. Такое искажение называется «функцией светорассеяния изображения точки» .

Количественной характеристикой оптического качества изображения является среднеквадратичное значение ошибок отклонения реального волнового фронта от идеального . Zernike ввел математический формализм, использующий серии полиномов для описания аберраций волнового фронта . Полиномы первого и второго, т. е. низших порядков, описывают привычные для офтальмологов оптические аберрации – дефокусировку (аметропии), астигматизм. Менее известны полиномы высших порядков: третий соответствует коме – это сферическая аберрация косых пучков света, падающих под углом к оптической оси глаза. В ее основе лежит асимметрия оптических элементов глаза, в результате которой центр роговицы не совпадает с центром хрусталика и фовеолы. К аберрациям четвертого порядка относится сферическая аберрация, которая в основном обусловлена тем, что периферия хрусталика преломляет падающие на нее параллельные лучи сильнее центра. Более высокие порядки известны, как нерегулярные аберрации .

Кроме того, сама полихроматическая природа света обусловливает появление аберраций: лучи разной длины волны фокусируются на разном расстоянии от сетчатки (коротковолновые – ближе к роговице, чем длинноволновые). Такие аберрации называют хроматическими .

Оптическая система считается хорошей, если коэффициенты Цернике близки к нулю и, следовательно, среднеквадратичное значение ошибок волнового фронта меньше 1/14 длины волны (критерий Марешаля) . При известных волновых аберрациях можно рассчитать коэффициент Штреля (соотношение между пиком интенсивности функции светорассеяния изображения точки определенного глаза и глаза без аберраций), который в определенных условиях хорошо коррелирует с остротой зрения . Исходя из данных этого коэффициента можно прогнозировать остроту зрения, моделируя изображение любых оптотипов на сетчатке.

Вопрос разработки методов качественной и количественной оценки аберраций стоял перед офтальмологами давно. Еще в конце 19 века, в 1894 году, Tscherning разработал оригинальный метод, основанный на субъективном определении аберраций . В дальнейшем он был доработан Howland в 1960 году, а в 1989 аберроскопом такого типа пользовался Ю.З. Розенблюм . Но, к сожалению, такая аберрометрия носит только описательный характер, требует активного участия пациента и является весьма трудоемкой процедурой. С приходом в офтальмологию новых технологий появился широкий спектр точных объе ктивных методов как качественного, так (и что особенно важно) количественного способа оценки аберраций глаза.

В настоящее время известно несколько методов определения аберраций глаза, основанных на разных принципах. Первый из них – это анализ ретинального изображения мишени (retinal imaging aberrometry), реализованный в двух вариантах. В усовершенствованном аберрометре Tscherning в качестве источника параллельных лучей используется YAG–лазер с длиной волны 532 нм, луч которого, пройдя через коллиматор, приобретает параллельное направление и проецирует на сетчатку решетку из 168 точек, расположенных в форме квадрата. Ретинальное изображение этой решетки регистрируется цифровой камерой и обрабатывается на компьютере . При аберрометрии по отслеживанию луча (ray tracing aberrometry) используется прибор, разработанный В.В. и В.С. Молебными совместно с И. Паликарисом. На сетчатку проецируются два параллельных лазерных луча с длиной волны 650 нм и диаметром 0,3 мм, один из которых падает строго по зрительной оси и является опорным, а другой расположен на заданном расстоянии от него. Далее регистрируется степень отклонения второго луча от точки фиксации опорного луча, и таким образом последовательно анализируется каждая точка в пределах зрачка .

Второй принцип – анализ вышедшего из глаза отраженного луча (outgoing refraction aberrometry) – впервые был описан Hartmann в 1900 году, позднее модифицирован R.V. Shack и B.C. Platt в 1971 году и применялся в астрономии для компенсации аберраций в телескопах при прохождении через атмосферу и космическое пространство. С помощью диодного лазера с длиной волны 850 нм в глаз направляется коллимированный пучок излучения, который, пройдя через все среды глаза, отражается от сетчатки с учетом аберраций и на выходе попадает на матрицу, состоящую из 1089 микролинз. Каждая микролинза собирает неаберрированные лучи в своей фокальной точке, а подверженные аберрации лучи фокусируются на некотором расстоянии от нее. Полученная информация обрабатывается компьютером и представляется в виде карты аберраций .

Третий принцип основан на компенсаторной юстировке падающего на фовеолу светового пучка. Основоположником его был русский физик М.И. Смирнов, который изобрел простейший метод измерения аберраций и опубликовал свою работу в 1961 году. В дальнейшем он был усовершенствован и в настоящее время применяется в качестве субъективного аберрометра, требующего активного участия пациента. В ходе исследования через вращающийся диск с отверстиями 1 мм, расположенный на одной оптической оси со зрачком, в глаз направляется пучок света. При вращении диска узкие параллельные пучки света проходят через каждую точку зрачка и при отсутствии аберраций проецируются на фовеолу, куда направлен другой луч с контрольной меткой в виде крестика. Если у пациента имеется аметропия или другие аберрации более высоких порядков, то он заметит несовпадение этих точек с крестиком и с помощью специального устройства должен будет их сопоставить. Угол, на который он смещает точку, отражает степень аберраций .

Принцип классической скиаскопии реализован в виде сканирующего щелевого рефрактометра «OPD Scan», в котором через вращающееся колесо с щелью по оптической оси глаза проецируется инфракрасный пучок. Его отражение воспринимает фотодетектор и оценивает направление и скорость движения отраженного от сетчатки луча .

Разнообразие офтальмологических приборов, созданных с учетом новейших технологий и основанных на различных принципах действия, делает реальным не только качественную, но и количественную оценку аберрации низших и высших порядков, а также влияющих на них факторов.

Выявлено, что аберрации оптической системы глаза зависят от формы и прозрачности роговицы и хрусталика; локализации патологических изменений в сетчатке; прозрачности внутриглазной жидкости и стекловидного тела .

Известно, что увеличение диаметра зрачка вносит изменения в соотношение аберраций высших порядков. Если при диаметре зрачка равном 5,0 мм превалируют аберрации 3–го порядка, то при его увеличении до 8,0 мм возрастает доля аберраций 4–го порядка. Рассчитано, что критический размер зрачка, при котором аберрации высших порядков оказывают наименьшее влияние и отвечают критерию Марешаля, составляет 3,22 мм .

Несомненно воздействие на карту аберраций аккомодации. Отмечено, что с возрастом аберрации увеличиваются, и в период от 30 до 60 лет аберрации высшего порядка удваиваются. Возможно, это связано с тем, что со временем эластичность и прозрачность хрусталика уменьшается, и он перестает компенсировать роговичные аберрации .

К факторам, влияющим на аберрации, относится и состояние слезной пленки. Авторами обнаружено, что при разрушении слезной пленки аберрации высших порядков увеличиваются в 1,44 раза .

Значительное место в использовании волнового фронта занимают исследования аберраций при кератоконусе. Отмечено значительное увеличение аберраций, особенно кома–подобных, которые превышали в 2,3 раза уровень сферических аберраций . Метод волнового фронта дает возможность создания «индивидуальной оптики» – контактной линзы (КЛ) для коррекции кератоконуса. «Индивидуальная оптика» предназначена для коррекции аберраций высшего порядка. Алгоритм дизайна КЛ разрабатывается на основе данных волнового фронта и компьютерной топографии роговицы .

Некоторые исследователи отмечают появление аберраций, индуцированных КЛ. Так, выявлено, что мягкие КЛ могут вызывать волновые монохроматические аберрации высокого порядка, тогда как жесткие КЛ значительно уменьшают аберрации 2–го порядка. Однако асферичность поверхности жестких КЛ может быть причиной сферических аберраций. Асферические КЛ могут вызывать большую нестабильность остроты зрения, чем сферические КЛ при одной и той же подвижности за счет индуцирования аберраций . Мультифокальные КЛ могут индуцировать аберрации по типу комы и 5–го порядка .

Использование волнового фронта позволило разработать методы изготовления КЛ с целью максимальной нейтрализации аберраций глаза. Однако ротация и изменение положения линзы на роговице ограничивают возможности компенсации аберраций [ 16, 22, 29].

Исследования аберраций индуцированных КЛ открыли возможность изготовления линз определенного дизайна, который позволяет снизить уровень суммарных остаточных аберраций глаза и повысить контрастную чувствительность .

Несомненным является тот факт, что практически любое хирургические вмешательство индуцирует аберрации высших и низших порядков. Так, фоторефракционные операции увеличивают аберрации роговицы (в основном 3–го и 4–го порядка) и изменяют их соотношение, что может обусловливать низкое зрение после операции и появление жалоб у пациентов на ослепление и двоение изображения . Выявлена строгая корреляция между зрительными симптомами и аберрациями: монокулярная диплопия возникает при горизонтальной коме, а глэр–эффект – при сферических аберрациях . Проведенные исследования показывают, что при диаметре зрачка, превышающем 7,0 мм, Laser in situ keratomileusis (LASIK) индуцирует больше сферических аберраций, чем фоторефрактивная кератэктомия (ФРК). Вероятно, этим можно объяснить, что после проведенного LASIK описывается большее количество жалоб пациентов, связанных с ослеплением, чем после ФРК .

В настоящее время разработана методика проведения индивидуализированной абляции на основе аберрометрии, которая позволяет достичь так называемого «суперзрения», т.е. остроты зрения 1,5 и более. Множество факторов могут ограничивать возможности данной методики. Во–первых, это постоянные динамические изменения параметров глаза, зависящие от тонуса аккомодации, размера зрачка, изменения направления взгляда, которые нельзя полностью учесть при прогнозировании результатов операции. Во–вторых, имеются так называемые рецепторные и нейронные ограничения остроты зрения: плотность фоторецепторов сетчатки определяет минимальные размеры деталей, возможных для их различения. Следовательно, совершенствование оптических свойств глаза, позволяющих получить на сетчатке изображение с более мелкими деталями, не только не улучшит его качества, но может даже исказить реальную картину .

После экстракции катаракты даже таким современным методом, как факоэмульсификация с имплантацией ИОЛ, также отмечается значительное увеличение высших аберраций высших (преимущественно 4–го) порядков . Предпринята попытка разработки ИОЛ с отрицательными сферическими аберрациями, которые частично компенсируют положительные сферические аберрации роговицы. Авторами, в предварительных сообщениях, отмечено некоторое повышение контрастной чувствительности при имплантации таких линз . Это направление коррекции аберраций представляется весьма интересным, но требует дальнейшего изучения.

Таким образом, изучение аберраций человеческого глаза позволяет дать дополнительную оценку оптическому аппарату глаза, что расширяет возможности для более углубленной и полноценной диагностики, адекватной коррекции и эффективного лечения большинства офтальмологических заболеваний, сопровождающихся снижением корригированной остроты зрения, появлением астенопических жалоб.

Литература:

1. Арталь П. «Суперзрение»: факты и вымыслы.// Вестник оптометрии. – 2002. – №4. – С.34–41.

2. Балашевич Л.И. Оптические аберрации глаза: диагностика и коррекция.// Окулист. – 2001. – №6(22). – С.12–15.

3. Балашевич Л.И. Рефракционная хирургия. – Санкт–Петербург, 2002. – С.285.

4. Корнюшина Т.А., Розенблюм Ю.З. Аберрации оптической системы глаза человека и их клиническое значение.// Вестник оптометрии. – 2002. – №3. – С.13–20.

5. Семчишен В., Мрохен М., Сайлер Т. Оптические аберрации человеческого глаза и их коррекция.// Рефракционная хирургия и офтальмология. – 2003. – Т.3.– №1. – С. 5–13.

6. Artal P. Understanding Aberrations by using Double–pass techniques.// J. Refract. Surg. – 2000.– Vol. 16. – No 5. – P. 560–562.

7. Atchison D.A. Aberrations associated with rigid contact lenses.// J. Opt. Soc.Am. A. – 1995.– vol.– 12.– №10.– Р. 2267–2273.

8. Barbero S., Marcos S., Merayo–Lloves J., Moreno–Barriuso E. Validation of the estimation of corneal aberration from videokeratography in keratokonus.// J. Refract. Surg. – 2002. – Vol. 18. – No 3. – P. 263–270.

9. Brabander J., Chaten N., Bouchard F. et al. Contrast sensivitivity soft contact lenses compensated for spherical aberration in high ametropia.// Optom. Vis. Sci.– 1998.– Vol.75.– №1.– Р.–43.

10. Burns S.A. The Spatially Resolved Refractometer.// J. Refract. Surg. – 2000.– Vol. 16. – No 5 – P. 566–569.

11. Chalita M.R., Waheed S., Xu M., Krueger R.R. Wavefront Analysis in Post–LASIK Eyes and its Correlation with Visual Symptoms, Refraction and Topography.// Invest Ophthalmol Vis Sci. – 2003. – №44(5). – P. 2651.

12. Dietze H.H., Cox VJ. On– and of– eye spherical aberration of soft contact lenses and consequent changes of effective lens power . // Optom. Vis. Sci.– 2003.– Vol. 80.– №2.– Р.126–134.

13. Holladay J.T., Piers P.A., Koranyi G., Mooren M., Norrby S. A new intraocular lens design to reduce spherical aberration of pseudopfakic eyes.// J. Refract. Surg. – 2002.– Vol. 18. – No 6. – P. 683–691.

14. Hong X., Himebaugh N., Thibos LN. On – eye evaluation of optical performance of rigid and soft contact lenses. // Optom. Vis. Sci. –2001.– Vol. 78.–№12.– Р.872–880.

15. Koh S., Maeda N., Kuroda T., Hori Y., Watanabe H., Fujikado T., Tano Y., Hirohara Y., Mihashi T. Effect of tear film break–up on higher–order aberrations measured with wavefront sensor.// Am J Ophthalmol. – 2002. – №134. – P. 115–117.

16. Lopez – Gil N., Castejon – Mochon JF.,Benito A. at al. Aberration generation by contact lenses with aspheric and asymmetric surfaces. // J.Refract. Surg.–2002.– Vol.–18.– №5.– Р. 603–609.

17. Lu F,.Mao X.,Qu J., еt al. Monochromatic wavefront aberration in the human eye with contact lenses.// Optom.Vis. Sci. –2003.– Vol.–80.–№2.– Р.135–141

18. MacRae S., Fujieda M. Slit Skiascopic–guided Ablation Using the Nidek Laser.// J. Refract. Surg. – 2000.– Vol. 16. – No 5. – P. 576–580.

19. Maeda N., Fujikado T., Kuroda T., et al. Wavefront aberrations measured with Hartmann–Shack sensor in patients with keratoconus.// Ophthalmology.– 2002.– Vol.109.– №11.– Р. 1996–2003.

20. Marechal A. Etude des effect combines de la diffraction et des aberrations geometriques sur L’image d’un point lumineux.// Revue d’optique. – 1947. – P. 257–277.

21. Marsack J., Milner T., Rylander G.,et al. Applying wavefront sensors and corneal topography to keratoconus. // Biomed. Sci. Instrum.– 2002.– Vol.38.– Р. 471–476.

22. Molebny V.V., Panagopoulou S.I., Molebny S.V., Wakil Y.S., Pallikaris I.G. Principles of Ray Tracing Aberrometry.// J. Refract. Surg. – 2000.– Vol. 16. – No 5. – P. 572–575.

23. Mrochen M., Kaemmerer M., Mierdel P., Krinke H.E., Seiler T. Principles of Tscherning Aberrometry.// J. Refract. Surg. – 2000.– Vol. 16. – No 5. – P. 570–571.

24. Oshika T., Klyce S.D., Applegate R.A., Howland H.C., Danasoury M.A. Comparision of corneal wavefront aberrations after photorefractive keratectomy and laser in situ keratomileusis.// Am J Ophthalmol. – Vol. 127. – №1. – P. 1–7.

25. Oshika T., Miyata K., Tokunaga T., Samejima T., Amano S., Tanaka S., Hirohara Y., Mihashi T., Maeda N., Fujikado T. Higher order wavefront aberrations of cornea and magnitude of refractive correction in laser in situ keratomileusis.// Ophthalmology. – 2002. – Vol. 109. – №6. – P. 1154–1158.

26. Patel S., Fakhry M., Alio JL. Objective assessment of aberrations induced by multifocal contact lenses in vivo.// CLAO J.– 2002 – Vol. 28.– №4.– Р. 196–201.

27. Piers P.A., Mester U., Anterist N., Dillinger P., Norrby S. How wavefront–based IOL designs affect pseudophakic visual quality.// Invest Ophthalmol Vis Sci. – 2002. – Vol. 43. – №12.– P. 2022.

28. Thibos L.N. Principles of Hartmann–Shack Aberrometry.// J. Refract. Surg. – 2000.– Vol. 16. – No 5. – P. 563–565.

29. Williams D., Yoon GY., Porter J.,et al. Visual benefit of correcting higher order aberrations of the eye.// J. Refract. Surg.– 2000.– Vol.– 16.– № 5.– Р. 554–559.

30. Xiong Y., Lu Y., Qu X., Xue F., Chu R., He J.C. Investigation of wavefront aberrations for patients with cataract surgery.// Invest Ophthalmol Vis Sci. – 2002. – Vol. 43. – №12.– P. 387.

31. Zernike F. Beugungstheorie des Schneidenverfahrens und seiner verbesserten Form der Phasenkontrastmethode.// Physica I. – 1934. – №2. – Р. 689–704.

Аберрациями называют погрешности любой оптической системы, в том числе и глаза.

Выделяют аберрации низших порядков – близорукость, дальнозоркость и астигматизм, которые являются наиболее распространенными и составляют около 85% от всех аберраций.

Также существуют аберрации высших порядков, составляющие всего 15%, они достаточно разнообразны. К ним относятся кома, сферические аберрации и дисторсия.

В чем их причина и как они влияют на зрение?

Аберрации возникают в результате искажения световых лучей при прохождении через любую функциональную структуру глаза:

• Слезная пленка, которая покрывает снаружи передний отдел глазного яблока, обеспечивая увлажнение, защиту переднего отдела глаза от попадания инородных тел, и участвует в преломлении световых лучей, сглаживая небольшие неровности роговицы.
• Роговица – передняя прозрачная, имеющая форму сферы часть наружной оболочки глаза – участвует в преломлении световых лучей.
• Водянистая влага – заполняет пространство между роговицей спереди и хрусталиком с радужной оболочкой сзади, участвует в преломлении.
• Хрусталик – внутриглазная линза, преломляющая световые лучи.
• Стекловидное тело – гель, заполняющий большой объем внутри полости глаза за хрусталиком, изнутри граничит с сетчаткой (светочувствительная оболочка глаза), участвует в проведении световых лучей.

Соответственно, при изменениях в любом из перечисленных отделов, могут возникать или усиливаться уже имеющиеся аберрации.

Различные изменения и заболевания могут приводить к появлению аберраций, например, недостаточность слезной пленки при синдроме сухого глаза; рубцы на роговице после операций, травм, инфекционных заболеваний; помутнение хрусталика (катаракта); изменения стекловидного тела при близорукости, после воспалительных заболеваний, травм, кровоизлияний.

Аберрации высших порядков ухудшают зрение и описываются как нечеткость изображения и предметов, блики, ореолы вокруг источников света, двоение, снижая тем самым качество зрения, особенно в условиях пониженной освещенности и в ночное время.

Выраженность симптомов зависит от ряда факторов, например, от причины, вызвавшей появление аберраций или величины зрачка. Так человек может замечать перечисленные проявления аберраций только в условиях пониженной освещенности, когда при расширении зрачка степень влияния аберраций на качество зрения увеличивается.

Диагностика.

Диагностика аберраций высших порядков стала возможной в последнее время благодаря технологии, использующей компьютерный анализ отклонения световых лучей при прохождении их до сетчатки глаза с последующим частичным отражением, так называемый волновой фронт.

Этот метод используется в специальном диагностическом оборудовании – аберрометрах, которые с высокой точностью определяют все погрешности в оптической системе глаза и степень их влияния на качество зрения.

Коррекция аберраций высших порядков.

Глаз человека не совершенен и в определенной степени имеет какие-либо аберрации. В том случае, если это не несет в себе ограничения профессиональной деятельности и ухудшения качества зрения, аберрации не требуют какой-то специфической коррекции.

Если же при диагностике определяется наличие аберраций, снижающих качество зрения, то в качестве мер коррекции может помочь специальная адаптивная оптика (очки, контактные линзы, интраокулярные линзы), которая, благодаря использованию технологии волнового фронта, сможет компенсировать влияние аберраций на качество зрения.

Альтернативой адаптивной оптике является рефракционная хирургия (хирургическое изменение преломляющей силы роговицы), которая позволяет использовать индивидуальную программу для достижения зрения высокого качества, основываясь на данных абберометрии.

P.S.: Оптическая система глаза складывается, прежде всего из взаимодействия двух природных линз: роговицы и хрусталика. Каждая из них может иметь оптические несовершенства - различную кривизну поверхности]. мелкие помутнения, различную плотность ткани в разных участках поверхности. Все это может давать аберрации высшего порядка.

Следует отметить, что средняя острота зрения человека принята условно за 100% - это возможность видеть с 5 метров 10-ю строчку классической таблицы Головина-Сивцева, которую можно встретить в любой поликлинике у офтальмолога.

Устраняя аберрации высшего порядка с помощью использования методики персонализированной аблящии (суперЛАСИК) и диагностической методики волнового фронта, можно добиться остроты зрения 1,2-2,0 (т.е. 120-200%). Но, прежде всего, важно повысить пространственно-контрастную чувствительность, т.е. четкость различения предметов, особенно при пониженном освещении. В этом случае при остроте зрения 100% и даже в 90% от среднестатистической нормы будет комфортна для повседневной жизни человека.

1 Хабаровский филиал ФГАУ «МНТК «Микрохирургия глаза» им. акад. С. Н. Федорова» Минздрава России; КГБОУ ДПО «Институт повышения квалификации специалистов здравоохранения» Министерства здравоохранения Хабаровского края

Для цитирования: Егорова Г.Б., Бородина Н.В., Бубнова И.А. Аберрации человеческого глаза, способы их измерения и коррекции (обзор литературы) // РМЖ. Клиническая офтальмология. 2003. №4. С. 174

This article is devoted to the new technology, «new diagnostic tool» -non-invasive wavefront sensing of the human eye, which can provide ophthalmologists with precise measurement of both higher- and lower-order aberrations. It describes most wide-spread types of wavefront systems, which use different principles in there functioning. Many factors, such as age of patient, accommodation, tear film break-up may cause the changes in wavefront map. Also higher order aberrations can be increased, by wearing soft or rigid contact lenses. Refractive and cataract surgery may induce large amount of higher order aberrations, which determine the cause the lower BCVA, than we can expect. This article describes different possible ways of correction higher order aberrations.

Современный мир предъявляет высокие требования к здоровью человека, и в первую очередь к зрению, так как основной объем информации поступает через зрительный анализатор. Для выполнения качественной и быстрой интеллектуальной работы специалист должен не только иметь хорошую остроту зрения, но удовлетворительную зрительную работоспособность, которая зависит от качества поступающего в головной мозг изображения.
Как и любой «неидеальной» оптической системе, человеческому глазу свойственны оптические дефекты - аберрации, которые снижают качество зрения, искажая изображение на сетчатке. Аберрация - это любое угловое отклонение узкого параллельного пучка света от точки идеального пересечения с сетчаткой в центре фовеолы при его прохождении через всю оптическую систему глаза .
В технической оптике качество оптической системы определяется аберрациями плоского или сферического фронта световой волны при прохождении через эту систему . Так, глаз без аберраций имеет плоский волновой фронт и дает наиболее полноценное изображение на сетчатке точечного источника (так называемый «диск Эйри», размер которого зависит только от диаметра зрачка) . Но в норме, даже при остроте зрения 100%, оптические дефекты преломляющих свет поверхностей глаза искажают ход лучей и формируют неправильный волновой фронт, в результате чего изображение на сетчатке получается более крупным и асимметричным. Такое искажение называется «функцией светорассеяния изображения точки» .
Количественной характеристикой оптического качества изображения является среднеквадратичное значение ошибок отклонения реального волнового фронта от идеального . Zernike ввел математический формализм, использующий серии полиномов для описания аберраций волнового фронта . Полиномы первого и второго, т. е. низших порядков, описывают привычные для офтальмологов оптические аберрации - дефокусировку (аметропии), астигматизм. Менее известны полиномы высших порядков: третий соответствует коме - это сферическая аберрация косых пучков света, падающих под углом к оптической оси глаза. В ее основе лежит асимметрия оптических элементов глаза, в результате которой центр роговицы не совпадает с центром хрусталика и фовеолы. К аберрациям четвертого порядка относится сферическая аберрация, которая в основном обусловлена тем, что периферия хрусталика преломляет падающие на нее параллельные лучи сильнее центра. Более высокие порядки известны, как нерегулярные аберрации .
Кроме того, сама полихроматическая природа света обусловливает появление аберраций: лучи разной длины волны фокусируются на разном расстоянии от сетчатки (коротковолновые - ближе к роговице, чем длинноволновые). Такие аберрации называют хроматическими .
Оптическая система считается хорошей, если коэффициенты Цернике близки к нулю и, следовательно, среднеквадратичное значение ошибок волнового фронта меньше 1/14 длины волны (критерий Марешаля) . При известных волновых аберрациях можно рассчитать коэффициент Штреля (соотношение между пиком интенсивности функции светорассеяния изображения точки определенного глаза и глаза без аберраций), который в определенных условиях хорошо коррелирует с остротой зрения . Исходя из данных этого коэффициента можно прогнозировать остроту зрения, моделируя изображение любых оптотипов на сетчатке.
Вопрос разработки методов качественной и количественной оценки аберраций стоял перед офтальмологами давно. Еще в конце 19 века, в 1894 году, Tscherning разработал оригинальный метод, основанный на субъективном определении аберраций . В дальнейшем он был доработан Howland в 1960 году, а в 1989 аберроскопом такого типа пользовался Ю.З. Розенблюм . Но, к сожалению, такая аберрометрия носит только описательный характер, требует активного участия пациента и является весьма трудоемкой процедурой. С приходом в офтальмологию новых технологий появился широкий спектр точных объективных методов как качественного, так (и что особенно важно) количественного способа оценки аберраций глаза.
В настоящее время известно несколько методов определения аберраций глаза, основанных на разных принципах. Первый из них - это анализ ретинального изображения мишени (retinal imaging aberrometry), реализованный в двух вариантах. В усовершенствованном аберрометре Tscherning в качестве источника параллельных лучей используется YAG-лазер с длиной волны 532 нм, луч которого, пройдя через коллиматор, приобретает параллельное направление и проецирует на сетчатку решетку из 168 точек, расположенных в форме квадрата. Ретинальное изображение этой решетки регистрируется цифровой камерой и обрабатывается на компьютере . При аберрометрии по отслеживанию луча (ray tracing aberrometry) используется прибор, разработанный В.В. и В.С. Молебными совместно с И. Паликарисом. На сетчатку проецируются два параллельных лазерных луча с длиной волны 650 нм и диаметром 0,3 мм, один из которых падает строго по зрительной оси и является опорным, а другой расположен на заданном расстоянии от него. Далее регистрируется степень отклонения второго луча от точки фиксации опорного луча, и таким образом последовательно анализируется каждая точка в пределах зрачка .
Второй принцип - анализ вышедшего из глаза отраженного луча (outgoing refraction aberrometry) - впервые был описан Hartmann в 1900 году, позднее модифицирован R.V. Shack и B.C. Platt в 1971 году и применялся в астрономии для компенсации аберраций в телескопах при прохождении через атмосферу и космическое пространство. С помощью диодного лазера с длиной волны 850 нм в глаз направляется коллимированный пучок излучения, который, пройдя через все среды глаза, отражается от сетчатки с учетом аберраций и на выходе попадает на матрицу, состоящую из 1089 микролинз. Каждая микролинза собирает неаберрированные лучи в своей фокальной точке, а подверженные аберрации лучи фокусируются на некотором расстоянии от нее. Полученная информация обрабатывается компьютером и представляется в виде карты аберраций .
Третий принцип основан на компенсаторной юстировке падающего на фовеолу светового пучка. Основоположником его был русский физик М.И. Смирнов, который изобрел простейший метод измерения аберраций и опубликовал свою работу в 1961 году. В дальнейшем он был усовершенствован и в настоящее время применяется в качестве субъективного аберрометра, требующего активного участия пациента. В ходе исследования через вращающийся диск с отверстиями 1 мм, расположенный на одной оптической оси со зрачком, в глаз направляется пучок света. При вращении диска узкие параллельные пучки света проходят через каждую точку зрачка и при отсутствии аберраций проецируются на фовеолу, куда направлен другой луч с контрольной меткой в виде крестика. Если у пациента имеется аметропия или другие аберрации более высоких порядков, то он заметит несовпадение этих точек с крестиком и с помощью специального устройства должен будет их сопоставить. Угол, на который он смещает точку, отражает степень аберраций .
Принцип классической скиаскопии реализован в виде сканирующего щелевого рефрактометра «OPD Scan», в котором через вращающееся колесо с щелью по оптической оси глаза проецируется инфракрасный пучок. Его отражение воспринимает фотодетектор и оценивает направление и скорость движения отраженного от сетчатки луча .
Разнообразие офтальмологических приборов, созданных с учетом новейших технологий и основанных на различных принципах действия, делает реальным не только качественную, но и количественную оценку аберрации низших и высших порядков, а также влияющих на них факторов.
Выявлено, что аберрации оптической системы глаза зависят от формы и прозрачности роговицы и хрусталика; локализации патологических изменений в сетчатке; прозрачности внутриглазной жидкости и стекловидного тела .
Известно, что увеличение диаметра зрачка вносит изменения в соотношение аберраций высших порядков. Если при диаметре зрачка равном 5,0 мм превалируют аберрации 3-го порядка, то при его увеличении до 8,0 мм возрастает доля аберраций 4-го порядка. Рассчитано, что критический размер зрачка, при котором аберрации высших порядков оказывают наименьшее влияние и отвечают критерию Марешаля, составляет 3,22 мм .
Несомненно воздействие на карту аберраций аккомодации. Отмечено, что с возрастом аберрации увеличиваются, и в период от 30 до 60 лет аберрации высшего порядка удваиваются. Возможно, это связано с тем, что со временем эластичность и прозрачность хрусталика уменьшается, и он перестает компенсировать роговичные аберрации .
К факторам, влияющим на аберрации, относится и состояние слезной пленки. Авторами обнаружено, что при разрушении слезной пленки аберрации высших порядков увеличиваются в 1,44 раза .
Значительное место в использовании волнового фронта занимают исследования аберраций при кератоконусе. Отмечено значительное увеличение аберраций, особенно кома-подобных, которые превышали в 2,3 раза уровень сферических аберраций . Метод волнового фронта дает возможность создания «индивидуальной оптики» - контактной линзы (КЛ) для коррекции кератоконуса. «Индивидуальная оптика» предназначена для коррекции аберраций высшего порядка. Алгоритм дизайна КЛ разрабатывается на основе данных волнового фронта и компьютерной топографии роговицы .
Некоторые исследователи отмечают появление аберраций, индуцированных КЛ. Так, выявлено, что мягкие КЛ могут вызывать волновые монохроматические аберрации высокого порядка, тогда как жесткие КЛ значительно уменьшают аберрации 2-го порядка. Однако асферичность поверхности жестких КЛ может быть причиной сферических аберраций. Асферические КЛ могут вызывать большую нестабильность остроты зрения, чем сферические КЛ при одной и той же подвижности за счет индуцирования аберраций . Мультифокальные КЛ могут индуцировать аберрации по типу комы и 5-го порядка .
Использование волнового фронта позволило разработать методы изготовления КЛ с целью максимальной нейтрализации аберраций глаза. Однако ротация и изменение положения линзы на роговице ограничивают возможности компенсации аберраций [ 16, 22, 29].
Исследования аберраций индуцированных КЛ открыли возможность изготовления линз определенного дизайна, который позволяет снизить уровень суммарных остаточных аберраций глаза и повысить контрастную чувствительность .
Несомненным является тот факт, что практически любое хирургические вмешательство индуцирует аберрации высших и низших порядков. Так, фоторефракционные операции увеличивают аберрации роговицы (в основном 3-го и 4-го порядка) и изменяют их соотношение, что может обусловливать низкое зрение после операции и появление жалоб у пациентов на ослепление и двоение изображения . Выявлена строгая корреляция между зрительными симптомами и аберрациями: монокулярная диплопия возникает при горизонтальной коме, а глэр-эффект - при сферических аберрациях . Проведенные исследования показывают, что при диаметре зрачка, превышающем 7,0 мм, Laser in situ keratomileusis (LASIK) индуцирует больше сферических аберраций, чем фоторефрактивная кератэктомия (ФРК). Вероятно, этим можно объяснить, что после проведенного LASIK описывается большее количество жалоб пациентов, связанных с ослеплением, чем после ФРК .
В настоящее время разработана методика проведения индивидуализированной абляции на основе аберрометрии, которая позволяет достичь так называемого «суперзрения», т.е. остроты зрения 1,5 и более. Множество факторов могут ограничивать возможности данной методики. Во-первых, это постоянные динамические изменения параметров глаза, зависящие от тонуса аккомодации, размера зрачка, изменения направления взгляда, которые нельзя полностью учесть при прогнозировании результатов операции. Во-вторых, имеются так называемые рецепторные и нейронные ограничения остроты зрения: плотность фоторецепторов сетчатки определяет минимальные размеры деталей, возможных для их различения. Следовательно, совершенствование оптических свойств глаза, позволяющих получить на сетчатке изображение с более мелкими деталями, не только не улучшит его качества, но может даже исказить реальную картину .
После экстракции катаракты даже таким современным методом, как факоэмульсификация с имплантацией ИОЛ, также отмечается значительное увеличение высших аберраций высших (преимущественно 4-го) порядков . Предпринята попытка разработки ИОЛ с отрицательными сферическими аберрациями, которые частично компенсируют положительные сферические аберрации роговицы. Авторами, в предварительных сообщениях, отмечено некоторое повышение контрастной чувствительности при имплантации таких линз . Это направление коррекции аберраций представляется весьма интересным, но требует дальнейшего изучения.
Таким образом, изучение аберраций человеческого глаза позволяет дать дополнительную оценку оптическому аппарату глаза, что расширяет возможности для более углубленной и полноценной диагностики, адекватной коррекции и эффективного лечения большинства офтальмологических заболеваний, сопровождающихся снижением корригированной остроты зрения, появлением астенопических жалоб.

Литература
1. Арталь П. «Суперзрение»: факты и вымыслы.// Вестник оптометрии. - 2002. - №4. - С.34-41.
2. Балашевич Л.И. Оптические аберрации глаза: диагностика и коррекция.// Окулист. - 2001. - №6(22). - С.12-15.
3. Балашевич Л.И. Рефракционная хирургия. - Санкт-Петербург, 2002. - С.285.
4. Корнюшина Т.А., Розенблюм Ю.З. Аберрации оптической системы глаза человека и их клиническое значение.// Вестник оптометрии. - 2002. - №3. - С.13-20.
5. Семчишен В., Мрохен М., Сайлер Т. Оптические аберрации человеческого глаза и их коррекция.// Рефракционная хирургия и офтальмология. - 2003. - Т.3.- №1. - С. 5-13.
6. Artal P. Understanding Aberrations by using Double-pass techniques.// J. Refract. Surg. - 2000.- Vol. 16. - No 5. - P. 560-562.
7. Atchison D.A. Aberrations associated with rigid contact lenses.// J. Opt. Soc.Am. A. - 1995.- vol.- 12.- №10.- Р. 2267-2273.
8. Barbero S., Marcos S., Merayo-Lloves J., Moreno-Barriuso E. Validation of the estimation of corneal aberration from videokeratography in keratokonus.// J. Refract. Surg. - 2002. - Vol. 18. - No 3. - P. 263-270.
9. Brabander J., Chaten N., Bouchard F. et al. Contrast sensivitivity soft contact lenses compensated for spherical aberration in high ametropia.// Optom. Vis. Sci.- 1998.- Vol.75.- №1.- Р.-43.
10. Burns S.A. The Spatially Resolved Refractometer.// J. Refract. Surg. - 2000.- Vol. 16. - No 5 - P. 566-569.
11. Chalita M.R., Waheed S., Xu M., Krueger R.R. Wavefront Analysis in Post-LASIK Eyes and its Correlation with Visual Symptoms, Refraction and Topography.// Invest Ophthalmol Vis Sci. - 2003. - №44(5). - P. 2651.
12. Dietze H.H., Cox VJ. On- and of- eye spherical aberration of soft contact lenses and consequent changes of effective lens power . // Optom. Vis. Sci.- 2003.- Vol. 80.- №2.- Р.126-134.
13. Holladay J.T., Piers P.A., Koranyi G., Mooren M., Norrby S. A new intraocular lens design to reduce spherical aberration of pseudopfakic eyes.// J. Refract. Surg. - 2002.- Vol. 18. - No 6. - P. 683-691.
14. Hong X., Himebaugh N., Thibos LN. On - eye evaluation of optical performance of rigid and soft contact lenses. // Optom. Vis. Sci. -2001.- Vol. 78.-№12.- Р.872-880.
15. Koh S., Maeda N., Kuroda T., Hori Y., Watanabe H., Fujikado T., Tano Y., Hirohara Y., Mihashi T. Effect of tear film break-up on higher-order aberrations measured with wavefront sensor.// Am J Ophthalmol. - 2002. - №134. - P. 115-117.
16. Lopez - Gil N., Castejon - Mochon JF.,Benito A. at al. Aberration generation by contact lenses with aspheric and asymmetric surfaces. // J.Refract. Surg.-2002.- Vol.-18.- №5.- Р. 603-609.
17. Lu F,.Mao X.,Qu J., еt al. Monochromatic wavefront aberration in the human eye with contact lenses.// Optom.Vis. Sci. -2003.- Vol.-80.-№2.- Р.135-141
18. MacRae S., Fujieda M. Slit Skiascopic-guided Ablation Using the Nidek Laser.// J. Refract. Surg. - 2000.- Vol. 16. - No 5. - P. 576-580.
19. Maeda N., Fujikado T., Kuroda T., et al. Wavefront aberrations measured with Hartmann-Shack sensor in patients with keratoconus.// Ophthalmology.- 2002.- Vol.109.- №11.- Р. 1996-2003.
20. Marechal A. Etude des effect combines de la diffraction et des aberrations geometriques sur L’image d’un point lumineux.// Revue d’optique. - 1947. - P. 257-277.
21. Marsack J., Milner T., Rylander G.,et al. Applying wavefront sensors and corneal topography to keratoconus. // Biomed. Sci. Instrum.- 2002.- Vol.38.- Р. 471-476.
22. Molebny V.V., Panagopoulou S.I., Molebny S.V., Wakil Y.S., Pallikaris I.G. Principles of Ray Tracing Aberrometry.// J. Refract. Surg. - 2000.- Vol. 16. - No 5. - P. 572-575.
23. Mrochen M., Kaemmerer M., Mierdel P., Krinke H.E., Seiler T. Principles of Tscherning Aberrometry.// J. Refract. Surg. - 2000.- Vol. 16. - No 5. - P. 570-571.
24. Oshika T., Klyce S.D., Applegate R.A., Howland H.C., Danasoury M.A. Comparision of corneal wavefront aberrations after photorefractive keratectomy and laser in situ keratomileusis.// Am J Ophthalmol. - Vol. 127. - №1. - P. 1-7.
25. Oshika T., Miyata K., Tokunaga T., Samejima T., Amano S., Tanaka S., Hirohara Y., Mihashi T., Maeda N., Fujikado T. Higher order wavefront aberrations of cornea and magnitude of refractive correction in laser in situ keratomileusis.// Ophthalmology. - 2002. - Vol. 109. - №6. - P. 1154-1158.
26. Patel S., Fakhry M., Alio JL. Objective assessment of aberrations induced by multifocal contact lenses in vivo.// CLAO J.- 2002 - Vol. 28.- №4.- Р. 196-201.
27. Piers P.A., Mester U., Anterist N., Dillinger P., Norrby S. How wavefront-based IOL designs affect pseudophakic visual quality.// Invest Ophthalmol Vis Sci. - 2002. - Vol. 43. - №12.- P. 2022.
28. Thibos L.N. Principles of Hartmann-Shack Aberrometry.// J. Refract. Surg. - 2000.- Vol. 16. - No 5. - P. 563-565.
29. Williams D., Yoon GY., Porter J.,et al. Visual benefit of correcting higher order aberrations of the eye.// J. Refract. Surg.- 2000.- Vol.- 16.- № 5.- Р. 554-559.
30. Xiong Y., Lu Y., Qu X., Xue F., Chu R., He J.C. Investigation of wavefront aberrations for patients with cataract surgery.// Invest Ophthalmol Vis Sci. - 2002. - Vol. 43. - №12.- P. 387.
31. Zernike F. Beugungstheorie des Schneidenverfahrens und seiner verbesserten Form der Phasenkontrastmethode.// Physica I. - 1934. - №2. - Р. 689-704.