Адаптивная оптика в офтальмологии

1.

Адаптивная оптика в офтальмологии
Н.Г.Ирошников
МГУ им. М.В.Ломоносова, физический факультет,
кафедра медицинской физики
1

2. Содержание

• Применение адаптивных оптических систем в
офтальмологии
• Измерение динамических аберраций глаза человека
• Работа офтальмологических адаптивных оптических
систем
• Динамика аберраций глаза в различных условиях
• Компенсация аберраций
• Исправление аберраций глаза (LASIK)
• Заключение
2

3. Адаптивная оптика в астрономии

Измерение волнового
фронта от яркой
звезды, близкой к
точке наблюдения
Вычисление
напряжений,
управляющих гибким
зеркалом
Управление зеркалом
Гибкое зеркало
удаляет искажения
волнового фронта
3

4. АО Нептун в ИК (1.65 μ)

Коррекция
(обсерватория Keck)
2.3 arc sec
Без коррекции
May 24, 1999
June 27, 1999
4

5. Разрешение изображения сетчатки

Диск Эйри
f
d min 1.22 a
λ=0.5 μ
f = 24 mm (n = 1.4)
a = 2 mm, dmin= 7.3 μ
a = 6 mm, dmin= 2.4 μ
5

6. Аберрации высших порядков и качество изображений сетчатки

Аберрации высших порядков – основная причина искажений
при наблюдении через широкий зрачок
Идеальное изображение
сетчатки
Изображение с использованием
расширенного зрачка (8 мм)
Интерферограмма
6

7. Применение адаптивных оптических систем в офтальмологии

•Диагностика патологий глазного дна
•Диабетическая ретинопатия, дистрофия
макулы, глаукома etc.
•Исследование причин глазных
болезней
•In vivo гистопатология.
•Исследование аксонов ганглиозных
клеток.
•Ранние стадии ишемии.
•Лазерная рефракционная хирургия
•Измерение полных аберраций глаза
желательно для точной коррекции.
Диабетическая ретинопатия
7

8. Датчик волнового фронта (ВФ) для измерений аберраций глаза

0.2 mm
Датчик волнового фронта (ВФ) для измерений
аберраций глаза
ПЗС
Матрица линз
Гартманограмма
8 mm
Характеристики датчика ВФ:
• Мощность опорного источника: < 50 Вт
• До 6ого порядка полиномов Цернике
• Динамический диапазон: 5 Диоптр.
• Точность: < /14 (СКО)
• Устойчивость к спекл-модуляции
• Частота: не менее 20Гц
8

9. Подавление спекл-модуляций: сканирование лазерным лучом

Изображение в зрачке
~200
кольцо
~100Гц
Без сканирования
Со сканированием
СКО восстановления ВФ (размах
3 ):
• без сканирования:
• со сканированием:
/20
Гартманограмма
United States Patent 6,331,059
9

10. Аберроскоп Мультиспот-250

Датчик ВФ: Шак-Гартман, 250-1000 микролинз
Компенсация аметропии (авто): -15..+12 Диоптр
Компенсация цилиндра (авто): ±6 Диоптр
Точность измерения: 0.1 Диоптр
Входной зрачок: 8мм
Время измерения: 30 мс
число измерений в серии: до 600 (с
возможностью статистической обработки)
Выходные данные: 36 полиномов Цернике, карта
ВФ, карта оптической силы, карта невязки, ФРТ,
симуляция визуального теста.
Опорный сигнал: лазерный диод со
сканером 780нм, <0.1 мВт
ПО: Windows-совместивое
Система наведения: ПЗС камера с проекцией ИК
маркеров
10

11. ПО аберроскопа

Высокоточная
система
наведения с ИК
маркерами
Автоматическое
детектирование
зрачка
Карта ВФ реального времени
11

12. Динамика аберраций человеческого глаза

30
RMS, m*10
-6
25
20
nd
2 Order
rd
3 Order
th
4 Order
15
10
Интерферограмма ВФ
5
(3ий и 4ый порядки)
0
0
5
10
15
20
time, s
12

13. Сравнение статических и динамических аберраций по клиническим данным

Была исследована группа из 200 пациентов (150 близоруких и 50
дальнозорких). Измерения проводились с использованием
авторефрактометра TOPCON KR8100 и аберроскопа Мультиспот250.
Статические аберрации были получены как единичное измерение из
серии. Затем измерения сравнивались с клинической рефракцией.
13

14. Индивидуализированная лазерная рефракционная коррекция (LASIK) с использованием данных аберрометрии

(Микроскан2000-Мультиспот250)
14

15. Стандартный LASIK

Изменение конической константы при коррекции рефракции
15

16. Оптимизированный LASIK

Изменение конической константы при коррекции рефракции
16

17. SuperRes 2: Технические задачи

• Основная цель: достигнуть разрешения до 4 на
глазном дне.
• Использовать промышленную фундус-камеру как
базис конструкции.
• Использовать датчик ВФ для измерения и гибкое
зеркало для коррекции аберраций глаза.
• Использовать узкополосный источник света.
• Последующая обработка изображений.
17

18. Офтальмологическая адаптивная оптическая система SuperRes 2

Hi-Res
CCD
LASER
Scanning System
WAVEFRONT SENSOR
FUNDUS IMAGER
PC COMPUTER
18

19. Компенсация аберраций с помощью SuperRes 2

1.0
nd
2 Order
rd
0.8
3 Order
th
RMS, m*10
-6
4 Order
0.6
0.4
0.2
Восстановленный ВФ
0.0
0
2
4
6
8
10
time, s
19

20. Клинические испытания

Стандартная фундус-камера. Больной
диабетической ретинопатией.
Изображение, полученное с помощью SuperRes 2.
20

21. Клинические испытания

21

22. Клинические испытания

22

23. Офтальмологические адаптивные системы

Датчик ВФ
LOUM
Universidad de Murcia,
Spain
МГУ-ИПЛИТ,
Россия
SuperRes 2 МГУ-ИПЛИТ,
Россия
Частота
измерений/Время
коррекции
Ошибка
измерений
(зрачок)
ШакГартман
Мембранное 37канальное зеркало
(OKOTech, Holland).
25 Гц/0.2с
(статические
аберрации!)
0.1
(4.3 мм).
ШакГартман
Биморфное
зеркало с 18
каналами (ИПЛИТ)
30 Гц/1с
0.1
(5 мм).
ШакГартман
Биморфное
зеркало с 22
каналами (ИПЛИТ)
77 Гц/0.2с
0.1
(5 мм).
78 каналов
(Xinetics, USA)
30 Гц/0.85с
0.08
(5.6 мм)
Rochester 2nd generation Шакadaptive optics system
Гартман
University of Rochester,
USA
Корректор ВФ
23

24. Офтальмологические адаптивные системы

SuperRes 2
LOUM
Rochester
24

25. Клиническое применение: Диабетическая ретинопатия

60,00%
50,00%
40,00%
30,00%
20,00%
10,00%
0,00%
микраневризмы и
микрогеморрагии
(р=0,1)
ретинальные
неоваскуляризация
ватообразные очаги
венозные аномалии
ДЗН и сетчатки
(р=0,7)
(р=0,03)
(р=0,0003)
АМФК
51,80%
26,80%
30,30%
50%
фундус-камера TRC-NW200
28,60%
10,70%
26,80%
18,00%
25

26. Клиническое применение: эпиретинальный тракционный синдром

Частота выявления
эпимакулярных мембран
при эпиретинальном
тракционном синдроме
р=0,04
Пациент К., 20 лет, эпиретинальный тракционный синдром
26

27. Клиническое применение: разрыв макулы

Частота выявления сквозного
макулярного разрыва
80%
70%
60%
73%
50%
40%
30%
40%
20%
10%
0%
АМФК
р=0,04
фундус-камера TRC-NW200
Пациентка М., 70 лет, сквозной макулярный разрыв
27

28. Заключение

• Адаптивная оптика расширяет диагностические
возможности в различных областях
офтальмологии.
• Данные аберрометрии используются для
проведения индивидуализированных операций
коррекции зрения (LASIK).
28

29. Как это работает

29

30. Контакты

• AO:
Кафедра медицинской физики, физический
ф-т МГУ, А.В.Ларичев, Н.Г.Ирошников,
www.optics.ru
• Клинические данные:
Институт глазных болезней РАМН,
А.В.Большунов, www.niigb.ru
30