Аберрации оптической системы глаза. Аберрации человеческого глаза, способы их измерения и коррекции

Что такое аберрации?

Когда мы, врачи, назначаем очки, мы преследуем только одну цель – переместить фокус глаза на сетчатку. Положительные линзы перемещают фокус вперед, а отрицательный линзы – назад. Перемещение тем сильнее, чем выше преломляющая сила линзы (на бытовом языке – чем больше номер линзы).

Однако, помимо этого основного действия, у оптических линз есть еще как минимум пять свойств, которые мы не можем отменить и к которым пациент должен адаптироваться. Эти дополнительные свойства мы называем аберрациями. Выраженность аберраций напрямую зависит от оптической силы линзы. При слабых линзах аберрации почти не ощущаются. Но примерно с 4,0-5,0 Д я предупреждаю пациентов о возможных неудобствах, а выше 7,0 Д – жалуются практически все.

Давайте разберемся подробно с каждой аберрацией!

1. Изменение величины изображения на глазном дне. Положительные линзы увеличивают изображение, отрицательные уменьшают его. Чем больше сила линзы, тем больше изменяется изображение предмета относительно его реальной величины. Дальнозоркие люди, как правило, на это не жалуются: из-за увеличения изображения у них повышается острота зрения. А вот у близоруких людей из-за уменьшения изображения снижается острота зрения с коррекцией, примерно выше -7,0 Д стопроцентное зрение получить уже трудно, выше -10,0 Д - невозможно. При высокой близорукости получается такая ситуация: без очков предметы размытые, но большие, а в очках – резкие, но маленькие; без очков предметы не разглядеть из-за расплывчатости очертаний, а в очках их не разглядеть из-за уменьшения размера. Отдельная проблема, когда глаза разные,и для коррекции требуются разные линзы. Из-за разной величины изображений на глазном дне расстраивается бинокулярное зрение, то есть слить изображения двух глаз в один образ становится невозможно. Как правило, мы не выписываем очки, в которых линзы отличаются больше, чем на 2,0 Д, более сильную разницу люди не переносят. Однако детей с раннего возраста можно приучить и к таким очкам. У меня есть пациентка (ей сейчас 6 лет), у которой правое стекло в очках +0,5 Д, а левое +5,0 Д, и девочка их спокойно носит. Адаптировалась!

2. Радужные контуры по краям рассматриваемых объектов. Напомню, что угол преломления зависит от длины волны: чем короче волна, тем сильнее преломление. Поэтому солнечный свет, проходя через линзу, распадается на радугу. Эта радуга видна в очках большой силы по контуру предметов (как и все аберрации, эта тоже тем сильнее выражена, чем больше оптическая сила линзы).

3. Параллакс – смещение изображения при движении линзы. Параллакс тем больше, чем сильнее линза и чем ближе к глазам рассматриваемый предмет. Отрицательные линзы смещают изображение в ту же сторону, положительные – в противоположную. Именно из-за параллакса возникает головокружение при ношении очков большой силы, пациенты жалуются, что все плывет перед глазами.

4. Изменения в поле зрения. Эта аберрация связана с тем, что центральная часть пространства видна через очки, а периферическая часть – мимо очков. При положительных собирающих стеклах есть часть пространства, которая не видна ни через очки, ни мимо очков. Это так называемая кольцевая скотома (скотома – выпадение внутри поля зрения). Предметы, попавшие в эту зону, становятся невидимками, как будто растворяются в пространстве. При рассеивающих отрицательных стеклах, наоборот,часть пространства видна и через стекла, и мимо них. В этой зоне получается удвоение предметов. Если сейчас на вас очки, попробуйте скосить глаза в сторону и посмотреть на что-то через край очков. Вы поймете, о чем я говорю. Опыт выполним даже при очках силой 1,0 Д. При сильных очках этот феномен мешает жить.

5. Астигматизм косого падения или косых лучей. Мы помним, что угол преломления зависит от угла падения и от кривизны поверхности, на которую падает луч. Для сферических линз рассчетная сила достижима строго по центру линзы. Если рассматривать изображение через край линзы, там кривизна поверхности другая и лучи падают под другим углом. Значит преломление на периферии линзы совсем другое, чем в центре. Сферическая линза на периферии ведет себя как торическая, то есть появляется косого падения. Если ребенок смотрит не через центр очков, а через их верхний край (так бывает, когда переносица оправы слишком широкая и очки съезжают на кончик носа) острота зрения может снижиться на две-три строчки. С другой стороны, ко мне на прием пришла дама с жалобами, что через центр своих минусовых сферических очков она видит плохо, а через их верхне-правую периферию зрение четкое, в итоге у нее ноет шея из-за постоянного вынужденного положения головы. Оказалось, что у нее не просто , а сложный близорукий , который она сама случайно нашла способ нейтрализовать. Правильно подобранные торические стекла в ее случае решили проблему.

Астигматические линзы имеют, кроме описанных, еще свои специфические аберрации. В первую очередь это искажение предметов. Это своеобразное проявление аберрации №1 – изменение величины изображения. Астигматическая линза будет менять его по разному в разных меридианах. В итоге предметы либо вытянуты в высоту, либо растянуты в ширину. В любом случае реального изображения через астигматические очки не получится.

Это особенно заметно на лестнице.

А теперь – самое главное. К аберрациям можно адаптироваться. Допустим, Вам выписали очки. Вы их надели, и на Вас навалились аберрации. Неделю-другую будет трудно, а потом Вы привыкнете и перестанете их замечать. Это не значит, что аберрации исчезли, но они перестанут Вас отвлекать. Это как фоновая музыка, которую сначала слышишь, а потом увлекаешься чем-то и не замечаешь ее. В организме возникают новые связи, и нога перестает промахиваться на ступеньках, при повороте головы не появляется головокружение и т.п. Это и называется адаптация.

Именно поэтому я детям сразу сильные очки не выписываю – из-за аберраций они отказываются их носить. Силу стекол детям я поднимаю ступенчато, на 1-1,5 Д каждые 3-4 месяца (если начинать с 3,0 Д), чтобы дать им время адаптироваться.

Не забывайте, уважаемые читатели, что у детей адаптационные способности очень сильны, а взрослые этим похвастаться не могут. Детей можно приучить носить практически любые очки. Взрослые же к аберрациям привыкают с трудом. Насколько я заметила, после 35 лет адаптироваться к астигматическим очкам практически невозможно.

Поэтому у окулистов есть золотое правило: детям мы очки назначаем, а взрослым подбираем. Детей не спрашивают, комфортно ли им в очках, они привыкнут. И носить очки мы их заставляем любыми способами, чтобы после 15 лет они сами могли решать, носить очки или нет: навык ношения сформировался, адаптация к аберрациям работает, в любой момент очки можно надеть снова. Если же человек зрелого возраста впервые надевает очки, будет выраженный дискомфорт. Обычно мы просим подождать две-три недели. Если за это время дискомфорт не проходит, приходится жертвовать остротой зрения ради переносимости очков, то есть выписывать очки послабее, в которых зрение хуже, но аберраций меньше.

К слову сказать,

В принципе, любой окулист должен отвечать за свою работу и подбирать очки так, чтобы дети их носили. Но это приходит с опытом. Да еще оптики, случается, готовят очки не по рецепту: или оси сместят, или стекло вставят другое, потому что выписанного в наличии нет. Я с этим много раз сталкивалась. Наши оптики хором уверяли меня, что они имеют право усилить или ослабить линзу на 0,5 Д, им, видите ли, так в лекциях объясняли. И спорить с ними было бесполезно, пришлось голосовать рублем. Я перестала посылать своих пациентов в те оптики, где с моими рецептами обращались слишком вольно. Теперь те, кто хотят со мной работать, при отсутствии нужной линзы звонят и спрашивают, какой линзой ее можно заменить.

Совет тем, кто не доволен очками, заказанными по рецепту: сначала пойдите к другому оптику (не к тому, у которого очки заказывали) и попросите проверить Ваши очки на диоптриметре (это аппарат, который может определить силу линзы в главных меридианах и положение осей) и результат выдать письменно, затем с этим документом и с рецептом на очки пойдите к врачу, который Вам очки выписал, и спросите его, в чем дело. Пусть разбирается, его это ошибка или оптика.

В заключение хочу привести письмо, которое я нашла в Живом Журнале (есть такой в Интернете). Цитирую:

«У меня в последнее время было -6/-6.5 Последние 10 лет все время носила линзы. На прошлой неделе пошла к американскому офтальмологу за очередным рецептом. Во-первых, он сказал, что у меня -10 на оба глаза (аппаратура в офисе супер-современная). Во-вторых, он сказал, что сосуды (?) подбираются к сетчатке, и мне полгода минимум нельзя носить линзы. Если я сейчас не одену очки, то линзы не смогу носить никогда. Об операции речи на ближайший год быть не может (а там посмотрим). Но проблема, собственно, не в этом. Сегодня я получила свои очки. Сказать, что я в ужасе - это ничего не сказать. Сплошные искажения - на меня падают с боку стены, валятся книжные полки, взятая в руки книга выглядит как трапеция (даже если держать прямо перед глазами). Монитор из плоского превратился в шарообразный. Жуткая хроматическая абберация. Ходить могу с трудом - постоянно натыкаюсь на предметы, которые в моем представлении должны быть в метре от меня. Работать тоже не могу - на экране монитора все выглядит в два раза меньше, и в жутких диспропорциях. На мои недоумения врач сказал не волноваться и подождать дня два - мол, глаза просто привыкают. Это действительно так? Неужели между линзами и очками должна быть настолько существенная разница? Я не помню, делались ли при выписке линз поправки на (компьютерная диагностика показала, что он есть и достаточно серьезный) - но в линзах я никогда в жизни не ощущала никакого дискомфорта. Помогите, пожалуйста, советом, потому что я просто в ужасе, как с этим жить дальше - я практически ничего не могу делать.»

Обсуждение:

Я привела это письмо, потому что оно очень наглядно показывает, что такое аберрации. Здесь необходимо пояснение. Контактные линзы радикально отличаются от очков одним свойством: они не являются отдельной оптической системой, как очки, а встраиваются в оптическую систему глаза, изменяя ее в нужную сторону. Поэтому контактные линзы в отличие от очковых линз обладают только одним свойством - изменяют положение фокуса относительно сетчатки. В контактных линзах мы имеем реальные размеры изображения, реальное поле зрения, отсутствие радужной каймы вокруг предметов и т.д. Женщина 10 лет носила контактные линзы. Надев в зрелом возрасте очки, она остро чувствует аберрации.

Давайте вчитаемся. «Сплошные искажения - на меня падают с боку стены, валятся книжные полки, взятая в руки книга выглядит как трапеция (даже если держать прямо перед глазами). Монитор из плоского превратился в шарообразный.» - это из-за астигматической аберрации, которая дает искажение контуров предметов. «Ходить могу с трудом – постоянно натыкаюсь на предметы, которые в моем представлении должны быть в метре от меня» - минусовые стекла уменьшают и отдаляют изображения предметов, а контактные линзы давали реальное изображение. Это письмо - наглядная иллюстрация, какую проблему создают впервые надетые очки. Представьте себе, наши дети испытывают то же самое, когда им впервые очки надевают, только они сказать об этом не могут. Поэтому они отказываются их носить. Поэтому к коррекции высоких степеней рефракции я подхожу ступенчато, постепенно увеличивая силу очков - так дети к ним легче адаптируются.

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.

Как известно, оптические погрешности в виде сферической, волновой (неправильный астигматизм) и хроматической аберрации характерны для любого нормального человеческого глаза. Могут ли миопия или связанные с ней изменения усиливать имеющиеся аберрации либо вносить дополнительные погрешности в оптическую систему глаза?

Необходимо отметить, что понятие «аберрации» связано с физической рефракцией глаза, тогда как миопия представляет собой разновидность клинической рефракции и отличается от эмметропии только положением заднего главного фокуса относительно сетчатки. В связи с этим уже а priori можно утверждать, что сферические и волновые аберрации оптической системы миопического глаза в принципе не будут отличаться от аналогичных аберраций эмметропического глаза, если связанные с близорукостью изменения в глазу не затронут структуру его оптических поверхностей. Правда, следует считать, что одни и те же аберрации эмметропического и миопического глаза могут сильнее влиять на его различительную способность из-за большей длины глаза и больших в связи с этим фигур светорассеяния.

М.С.Смирнов (1971) заметил: «Аберрации разных глаз - разные», и тем самым подчеркнул, что они больше отражают индивидуальные особенности глаза, чем его обобщенные «групповые» свойства, в частности рефракцию. Своеобразно проявляет себя в зависимости от рефракции глаза хроматическая аберрация. Напомним, что она обусловлена неодинаковым коэффициентом преломления лучей с разной длиной волны. Это приводит к тому, что преломляющая сила глаза для коротковолновых, синих, лучей оказывается на 1,0-1,5 дптр больше, чем для длинноволновых, красных. Вследствие этого глаз, слабомиопический или слабогиперметропический по отношению к белому свету, может стать эмметропическим для красных и синих лучей. По той же причине миопическая рефракция для белого света усилится в синих лучах и станет слабее в красных. Наоборот, гиперметропическая рефракция будет сильнее в красных лучах и слабее в синих.

Свойство миопического глаза более четко видеть линии на красном фоне, а гиперметропического - на сине-зеленом используют для уточнения рефракции и оптической коррекции с помощью так называемого дуохромного теста. На феномене хроматической аберрации глаза основан и другой метод рефрактометрии - исследование с кобальтовым стеклом, пропускающим только две узкие полосы спектра - в области красных и в области синих лучей. При наблюдении через такой фильтр за светящейся точкой она бывает бесцветной только при идеальном фокусировании на сетчатке. При гиперметропической установке глаза видно синее пятно с красным венчиком, при миопической - красное пятно с синим венчиком. Венчики устраняют с помощью линзы, компенсирующей вид и степень аметропии.

Вопросу об оптических аберрациях глаза посвящено очень мало работ. Это объясняется главным образом тем, что измерение их на живом человеческом глазу представляет большие трудности. В отдельных работах приводятся данные о сферической аберрации человеческого глаза безотносительно к его рефракции. Как известно, суть сферической аберрации состоит в том, что преломляющая сила линз со сферическими поверхностями больше в их периферических частях, чем в центральных.

Установлено , что в роговице и хрусталике обычно наблюдаются аберрации противоположного знака. В результате суммарная оптическая аберрация глаза в большинстве случаев уменьшается. При исследовании преломляющей силы глаза в центре зрачка и на его периферии получены разноречивые данные. Н.Т. Рі (1925) обнаружил, что в большинстве глаз периферическая зона зрачка более близорука, чем центральная. Поданным G.H. Stine (1930), это наблюдалось только в 22 % исследованных глаз, в 14 % более сильной была центральная область зрачка и в 64 % выявлена смешанная аберрация, когда в одном и том же глазу в зависимости от участка периферии зрачка она была то более сильной, то более слабой, чем центральная область зрачка. Таким образом, в человеческом глазу в отличие от искусственных оптических систем может наблюдаться и сферическая аберрация против правила [Сергиенко Н.М., 1982].

Очевидно, прав М.С.Смирнов (1971), который отметил, что сферическая аберрация сильно варьирует в разных глазах и часто резко асимметрична, поэтому само понятие «сферическая аберрация» к большинству глаз неприменимо.

В связи с этим особый интерес вызывает исследование волновой аберрации или неправильного астигматизма. Измерение этого вида аберраций, который можно рассматривать как суммарный эффект нескольких оптических несовершенств, удалось осуществить М.С.Смирнову (1961), а затем G. van den Brink

Рис.29. Неправильный астигматизм - более легкий (а) и более выраженный (б). Объяснение в тексте.

(1962), Т.А.Корнюшиной (1979) и Н.М.Сергиенко (1982). Н.М.Сергиенко с помощью сконструированного им астигмометра исследовал 147 глаз, что позволило ему сделать заключение о структуре и степени неправильного астигматизма, который автор не совсем удачно называет физиологическим астигматизмом. Во всех случаях степень преломления в оптической зоне была различной. Резкие перепады его отмечались даже в соседних зонах, разделенных промежутком в 1-2 мм. При сопоставлении показателей неправильного астигматизма правого и левого глаза часто удается отметить симметрию в структуре астигматизма. Установлена четкая зависимость между степенью неправильного астигматизма, выраженного коэффициентом астигматизма, и остротой центрального зрения. Автор пришел к выводу, что прогрессирование миопии обусловливает рост иррегулярных аберраций роговицы и хрусталика. По его мнению, при прогрессировании близорукости происходит не только изменения в заднем отрезке глазного яблока, но и деформация его переднего отрезка. Однако даже при минимальной деформации роговицы нарушается ее сферичность.

Н.М.Сергиенко (1982) приводит характерный пример, показывающий влияние иррегулярных оптических несовершенств на корригированную остроту зрения. У одного из обследуемых с полной коррекцией острота зрения 1,5, у другого, несмотря на несколько меньшую степень близорукости, - только 0,3. Судя по рис. 29, это можно объяснить тем, что в первом глазу имеется неправильный астигматизм легкой степени - разница между самым сильным и самым слабым преломлением равна 0,8 дптр (4,3-5,1), тогда как во втором глазу эта разница составляет

2,4дптр (1,9-4,3). Оптические несовершенства роговицы удавалось корригировать только с помощью контактных линз.

Аналогичные результаты получила Т.А.Корнюшина (1979), которая исследовала неправильный астигматизм (волновые аберрации) по методу Смирнова на 63 глазах (из них 43 с миопической рефракцией от 1,0 до 17,0 дптр). Автором подтверждено наличие измеримых величин аберраций оптической системы глаза при всех видах рефракции. Расчет толщины «пластины погрешностей» показал, что не существует строгих закономерностей в распределении волновых аберраций при всех видах рефракции. При небольших степенях миопии (до 5,0 дптр) и корригированной остроте зрения 1,0 величины аберраций существенно не отличаются от тех, которые выявляются при эммет- ропической и гиперметропической рефракции. При миопии высокой степени аберрации в среднем существенно больше, однако встречаются лица с такой миопией и высокой остротой зрения, у которых аберрации малы. При всех видах клинической рефракции и высокой остроте зрения на гистограммах распределения локальных рефракций выявлялись острые узкие пики (разброс рефракции в пределах 2,0 дптр). Эти пики указывают на наличие на многих участках зрачка практически одинаковой рефракции. При миопии и остроте зрения с коррекцией ниже 0,5 отмечаются пологие кривые без четко определяющихся пиков, что свидетельствует о большем разбросе рефракции. Сравнение результатов исследований аберраций у одних и тех же лиц с миопией в условиях оптимальной очковой коррекции (острота зрения осталась низкой) и контактной коррекции (острота зрения повысилась) показало, что при контактной коррекции оптические дефекты поверхности роговицы устраняются.

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.

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 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.

Количественной характеристикой оптического качества изображения является среднеквадратичное значение ошибок отклонения реального волнового фронта от идеального. Немецкий математик Зернике (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 — близорукости, дальнозоркости и астигматизма. 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. К аберрациям четвертого порядка относится сферическая аберрация, которая в основном обусловлена неравномерностью преломляемой силы хрусталика в различных его точках. Более высокие порядки известны как нерегулярные аберрации.

Как измеряется волновой фронт

Оптическая система считается хорошей, если коэффициенты Зернике близки к нулю и, следовательно, среднеквадратичное значение ошибок волнового фронта меньше 1/14 длины световой волны (критерий Марешаля). Исходя из данных этого коэффициента можно прогнозировать остроту зрения, моделируя изображение любых оптотипов на сетчатке. Для определения аберраметрии зрительной системы человека используется специальный прибор — аберрометр. В клиниках «Эксимер» использует аберрометр Wave Scan компании «VISX Inc» (США).

В настоящее время известно несколько методов определения аберраций глаза, основанных на разных принципах.

Первый из них — это анализ ретинального изображения мишени (retinal imaging aberrometry) . 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). Широко 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 неискаженные 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. На этом принципе построена работа Wave Scan.

Третий принцип основан на компенсаторной юстировке падающего на фовеолу светового пучка. В настоящее время этот способ 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 близорукость, дальнозоркость, астигматизм 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.

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.

Основные причины появления аберраций в оптической системе глаза

• Формы и прозрачность роговицы и хрусталика; состояние сетчатки; прозрачность внутриглазной жидкости и стекловидного тела.
• Увеличение диаметра зрачка . 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, составляет 3,22 мм.
• Аккомодация . 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. Аналогично происходит и при спазме аккомодации.
• Спазм аккомодации встречается достаточно часто у людей разного возраста. В офтальмологии под спазмом аккомодации понимается излишне стойкое напряжение аккомодации, обусловленное таким сокращением ресничной мышцы, которое не исчезает под влиянием условий, когда аккомодация не требуется. Проще говоря, спазм аккомодации — это длительное статичное перенапряжение, глазной мышцы, например, из-за длительной работы за компьютером и возникновение вследствие этого компьютерного синдрома. Спазмы аккомодации могут развиваться при всех рефракциях (включая астигматизм). Спазм аккомодации вызывает ложную близорукость или усиливает близорукость истинную.
• Состояние слезной пленки. Была обнаружено, что при разрушении слезной пленки аберрации высших порядков увеличиваются в 1,44 раза. Одна из разновидностей нарушения слезной пленки — синдром сухого глаза .
  Синдром сухого глаза возникает в связи с пересыханием поверхности роговицы от редкого моргания и непрерывного смотрения на объект работы. Исследования показали, что при работе на компьютере, а также при чтении человек моргает в три раза реже, чем обычно. В результате чего слезная пленка высыхает и не успевает восстанавливаться. Причинами возникновения синдрома сухого глаза могут быть: большие нагрузки на глаза при чтении и работе за компьютером, сухой воздух в помещениях, неправильное питание с недостаточным количеством витаминов, большая загрязненность воздуха, прием некоторых медикаментов.
• Ношение контактных линз. Выявлено, что мягкие контактные линзы могут вызывать волновые монохроматические аберрации высокого порядка, тогда как жесткие контактные линзы значительно уменьшают аберрации 2-го порядка. Однако асферичность поверхности жестких контактных линз может быть причиной сферических аберраций. Асферические контактные линзы могут вызывать большую нестабильность остроты зрения, чем сферические контактные линзы. Мультифокальные контактные линзы могут индуцировать аберрации по типу комы и 5—го порядка.

В настоящее время разработана методика проведения индивидуализированной коррекции зрения (Super Lasik, Custom Vue ) на основе аберрометрии, которая позволяет, максимальным образом компенсируя все возможные искажения в зрительной системе, добиваться отличных результатов в практически любых сложных случаях.