可直接观察通过人工晶状体后成像的模型眼
作者：Kazuhiko Ohnuma Yasllhiko Shiokawa Norio Hilayama Qi Hua Yasnfumi Emori
单位：Kazuhiko Ohnuma Yasllhiko Shiokawa Norio Hilayama Qi Hua Yasnfumi Emori(日本千叶大学)
关键词：人工晶状体手术；调制传递函数；对比敏感度；分解强度
眼视光学杂志000109
分类号：R776 文献标识码：A
章编号：1008-1801(2000)01-0032-04▲
随着白内障摘除联合人工晶状体植入手术病例的增加，已有多种人工晶状体如多焦人工晶状体等应用于此类手术。如果眼科医师、患者及其家属在术前能观察通过人工晶状体所成的像，他们就会根据个人的要求而选择合适的人工晶状体。依照上述要求，我们设计了一种能直接观察到物体图像的模型眼，该模型眼能即时地给出人工晶状体所成的像。直接让我们观察到模型眼构成的图像而不是数据，并能显示出各种人工晶状体的差异。
, 百拇医药
1 模型眼
该模型眼由一个焦距为35mm的摄影镜头、一个置于房水的人工晶状体、一个电荷耦合(CCD)照相机构成。一个可变孔径光阑置于测量人工晶状体前。这种结构是基于人工晶状体的调制传递函数(MTF)测量方法学的基础而设计的。通过光学计算得出，由照相镜头到人工晶状体的入射角等于由角膜到人工晶状体的入射角。该模型眼能使我们观察到从远处到近处的物体通过人工晶状体所成的像。当使用多焦人工晶状体时，放在无穷远处和距离为S处的物体成像在同一点上；同样物体被放在无穷远和近点上也都能被看清，即可模拟植入多焦人工晶状体的患者所看到的现象。
2 模型眼和人工眼相似的MTF
该模型眼使用35mm镜头，使用Zemax的光学设计程序，可获得如下结果：主面和厚为0.5mm的玻璃元件之间的距离为6.68mm。折射力为20D的人工晶状体置于玻璃元件的第一个后表面2.0mm处。折射率为1.52的玻璃元件的宽为11.77mm。在空气中，平行的入射光经过透镜折射后会聚于其第二个后表面7.61mm处。而且，如增加3.5D，在透镜前400mm发出的散光线也在同一点上会聚。这种条件下总的焦距为20.94mm，模型眼和人眼的总焦距之比等于1.26。
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为研究人眼和模型眼的特性，可以在相同的光学构件下，即通过一个双凸的20D的人工晶状体、非球面的角膜、直径为5mm的孔径光阑，来计算两者在波长为587.76mm的光下的MTF。人眼总的MTF是人眼的MTF和视网膜对大脑皮质的MTF的乘积。而模型眼总的MTF是透镜的MTF和CCD照相机像素的MTF的乘积。所用的CCD照相机为Mega Plus Kodak,像素大小为6.8um，相当于每毫米150线的空间频率。照相机的像素稍大于人眼视网膜的锥体细胞。经计算表明人眼和模型眼有相似的MTF。但在超过每毫米100线的空间频率时，两者略有不同。这时的空间频率对应与Snellen视力为20/20(1.0)。因此我们认为模型眼有足够的分辨本领。但真正的角膜是有色差和球差的。在孔径光阑直径为5mm的模型眼中，得出的结果必须要考虑角膜的球差及色差。
3 实验和结果
分析结果，模型眼所成的像和植入人工晶状体的眼晴所成的像相似，孔径光阑和人工晶状体可替换，眼镜可以放在照相机镜头前。观察图像之前，绿色滤光片和阻止红外光滤光片插在镜头前，以使CCD的敏感度类似于视网膜的敏感度。
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分辨能力是由显示屏上的字母E所决定，其大小、对比度可在程序“PhotoShop”下进行调整。CCD照相机的对比敏感度阈值大约为0.008，和人类视觉的对比敏感度0.01极相似。在3m处用VCTS6500对比度表测试对比度。对于观察文字的阅读能力，可放一张报纸在镜头前。分别在5m、3m、2m、0.4m处放上视力表，以检查每一种距离的分辨能力。分别使用单焦人工晶状体、使用折射力为20D的多焦人工晶状体、附加3.5D的单焦人工晶状体前另加2.5D的镜片和直径3mm、5mm的孔径光阑分别在不同距离测分辨能力。得出结果：①使用单焦人工晶状体，当视力表从远到近，分辨能力逐渐变弱。而孔径光阑直径为3mm和5mm有少许不同，这是由于人工晶状体的球差所致；②使用多焦人工晶状体时，在距离为1m时，分辨能力变弱，但在0.4m时，又变强，这是由于多焦人工晶状体的每一部分的折射力不同，其图像是由很多图像组合而成。③比较多焦人工晶状体和单焦人工晶状体前另加2.5D的镜片，发现两者之间的差别很小。同样比较两者对报纸上的文字的成像，表明单焦人工晶状体附加镜片的图像可读性比多焦人工晶状体更好，两者的对比敏感度几乎相同。
4 结论
使用由CCD照相机和电脑的模型眼构成的装置能观察通过人工晶状体后的成像质量。从MTF分析，可以认为其光学性能几乎和植入人工晶状体的眼睛相同，除了较高的空间频率时略有不同。使用模型眼所观察到的图像可以给我们更多的信息，所成的像和患者术后谈论的相似。因此，模型眼对于征求患者同意手术和分析术后视觉信息质量很有意义。
作者简介：Kaxuhiko Ohnuma,日本千叶大学工学部副教授
收稿日期：1999-11-04, 百拇医药
单位：Kazuhiko Ohnuma Yasllhiko Shiokawa Norio Hilayama Qi Hua Yasnfumi Emori(日本千叶大学)
关键词：人工晶状体手术；调制传递函数；对比敏感度；分解强度
眼视光学杂志000109
分类号：R776 文献标识码：A
章编号：1008-1801(2000)01-0032-04▲
随着白内障摘除联合人工晶状体植入手术病例的增加，已有多种人工晶状体如多焦人工晶状体等应用于此类手术。如果眼科医师、患者及其家属在术前能观察通过人工晶状体所成的像，他们就会根据个人的要求而选择合适的人工晶状体。依照上述要求，我们设计了一种能直接观察到物体图像的模型眼，该模型眼能即时地给出人工晶状体所成的像。直接让我们观察到模型眼构成的图像而不是数据，并能显示出各种人工晶状体的差异。
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1 模型眼
该模型眼由一个焦距为35mm的摄影镜头、一个置于房水的人工晶状体、一个电荷耦合(CCD)照相机构成。一个可变孔径光阑置于测量人工晶状体前。这种结构是基于人工晶状体的调制传递函数(MTF)测量方法学的基础而设计的。通过光学计算得出，由照相镜头到人工晶状体的入射角等于由角膜到人工晶状体的入射角。该模型眼能使我们观察到从远处到近处的物体通过人工晶状体所成的像。当使用多焦人工晶状体时，放在无穷远处和距离为S处的物体成像在同一点上；同样物体被放在无穷远和近点上也都能被看清，即可模拟植入多焦人工晶状体的患者所看到的现象。
2 模型眼和人工眼相似的MTF
该模型眼使用35mm镜头，使用Zemax的光学设计程序，可获得如下结果：主面和厚为0.5mm的玻璃元件之间的距离为6.68mm。折射力为20D的人工晶状体置于玻璃元件的第一个后表面2.0mm处。折射率为1.52的玻璃元件的宽为11.77mm。在空气中，平行的入射光经过透镜折射后会聚于其第二个后表面7.61mm处。而且，如增加3.5D，在透镜前400mm发出的散光线也在同一点上会聚。这种条件下总的焦距为20.94mm，模型眼和人眼的总焦距之比等于1.26。
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为研究人眼和模型眼的特性，可以在相同的光学构件下，即通过一个双凸的20D的人工晶状体、非球面的角膜、直径为5mm的孔径光阑，来计算两者在波长为587.76mm的光下的MTF。人眼总的MTF是人眼的MTF和视网膜对大脑皮质的MTF的乘积。而模型眼总的MTF是透镜的MTF和CCD照相机像素的MTF的乘积。所用的CCD照相机为Mega Plus Kodak,像素大小为6.8um，相当于每毫米150线的空间频率。照相机的像素稍大于人眼视网膜的锥体细胞。经计算表明人眼和模型眼有相似的MTF。但在超过每毫米100线的空间频率时，两者略有不同。这时的空间频率对应与Snellen视力为20/20(1.0)。因此我们认为模型眼有足够的分辨本领。但真正的角膜是有色差和球差的。在孔径光阑直径为5mm的模型眼中，得出的结果必须要考虑角膜的球差及色差。
3 实验和结果
分析结果，模型眼所成的像和植入人工晶状体的眼晴所成的像相似，孔径光阑和人工晶状体可替换，眼镜可以放在照相机镜头前。观察图像之前，绿色滤光片和阻止红外光滤光片插在镜头前，以使CCD的敏感度类似于视网膜的敏感度。
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分辨能力是由显示屏上的字母E所决定，其大小、对比度可在程序“PhotoShop”下进行调整。CCD照相机的对比敏感度阈值大约为0.008，和人类视觉的对比敏感度0.01极相似。在3m处用VCTS6500对比度表测试对比度。对于观察文字的阅读能力，可放一张报纸在镜头前。分别在5m、3m、2m、0.4m处放上视力表，以检查每一种距离的分辨能力。分别使用单焦人工晶状体、使用折射力为20D的多焦人工晶状体、附加3.5D的单焦人工晶状体前另加2.5D的镜片和直径3mm、5mm的孔径光阑分别在不同距离测分辨能力。得出结果：①使用单焦人工晶状体，当视力表从远到近，分辨能力逐渐变弱。而孔径光阑直径为3mm和5mm有少许不同，这是由于人工晶状体的球差所致；②使用多焦人工晶状体时，在距离为1m时，分辨能力变弱，但在0.4m时，又变强，这是由于多焦人工晶状体的每一部分的折射力不同，其图像是由很多图像组合而成。③比较多焦人工晶状体和单焦人工晶状体前另加2.5D的镜片，发现两者之间的差别很小。同样比较两者对报纸上的文字的成像，表明单焦人工晶状体附加镜片的图像可读性比多焦人工晶状体更好，两者的对比敏感度几乎相同。
4 结论
使用由CCD照相机和电脑的模型眼构成的装置能观察通过人工晶状体后的成像质量。从MTF分析，可以认为其光学性能几乎和植入人工晶状体的眼睛相同，除了较高的空间频率时略有不同。使用模型眼所观察到的图像可以给我们更多的信息，所成的像和患者术后谈论的相似。因此，模型眼对于征求患者同意手术和分析术后视觉信息质量很有意义。
作者简介：Kaxuhiko Ohnuma,日本千叶大学工学部副教授
收稿日期：1999-11-04, 百拇医药