Измерение/отображение/запись/воспроизведение данных волнового фронта для использования в процедурах коррекции зрения

Измерение/отображение/запись/воспроизведение данных волнового фронта для использования в процедурах коррекции зрения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Родственные заявки

По данной заявке испрашивается приоритет патентной заявки США, регистрационный номер 13/034648, под названием «Измерение/отображение/запись/воспроизведение в реальном времени данных волнового фронта для использования в процедурах коррекции зрения» («Real-Time Measurement/Display/Record/Playback Of Wavefront Data For Use In Vision Correction Procedures»), от 24 февраля 2011 года. Полное содержание патентной заявки США с регистрационным номером 13/034648 включено в настоящий документ ссылкой во всей своей полноте.

Данная заявка является частичным продолжением заявки с регистрационным номером 12/790301 под названием «Адаптивный последовательный датчик волнового фронта с программным управлением» («Adaptive Sequential Wavefront Sensor With Programmed Control»), опубликованной 28 мая 2010 года, являющейся частичным продолжением заявки номер 12/643945 под названием «Предложенное пользователем поле (поля) ввода для адаптированного анализа/представления данных» («User-Proposed Entry Field(s) For Customized Data Analysis/Presentation»), от 21 декабря 2009 года, являющейся частичным продолжением заявки с регистрационным номером 12/605219 под названием «Оптимизация процедур коррекции зрения» («Optimizing Vision Correction Procedures»), опубликованной 23 октября 2009 года, которая является продолжением заявки с регистрационным номером 11/761890 под названием «Адаптивный последовательный датчик волнового фронта» («Adaptive Sequential Wavefront Sensor»), от 12 июня 2007 года (в настоящее время патент США 7815310, опубликован 19 октября 2010 года), являющейся продолжением заявки номер 11/335980 под названием «Последовательный датчик волнового фронта» («Sequential Wavefront Sensor»), от 20 января 2006 года (в настоящее время патент США 7445335, опубликован 4 ноября 2008 года), все они включены в настоящий документ посредством ссылки во всей своей полноте.

Область техники

Один или более вариантов осуществления настоящего изобретения относятся в целом к офтальмологическим датчикам волнового фронта, системам адаптивной оптики и к обработке и представлению данных. В частности, изобретение относится к процедурам коррекции зрения направленным волновым фронтом, устройству/системе и способу измерения/отображения/записи/воспроизведения в реальном времени данных о волновом фронте, синхронизированных с «видеофильмом», для обеспечения в реальном времени обратной связи с процедурой коррекции зрения и пользовательским интерфейсом устройства, что позволяет каждому пользователю адаптировать операции с данными, собранными или записанными устройством.

Предпосылки изобретения

Датчик волнового фронта представляет собой устройство для измерения аберраций оптического волнового фронта. Датчики волнового фронта используются для измерения аберраций глаза посредством направления узкого пучка света на сетчатку глаза и восприятия оптического волнового фронта, выходящего из глаза. В случае расслабленного эмметропического глаза или расслабленного глаза с полностью скорректированными аберрациями оптический волновой фронт, выходящий из глаза, является плоским. Напротив, если глаз имеет оптические аберрации, волновой фронт, выходящий из расслабленного глаза, не будет плоским.

Традиционные процедуры диагностики зрения, коррекции зрения и рефракционной хирургии, в том числе авторефракция, стандартное измерение волнового фронта глаза, тесты на фороптере, ЛАСИК (лазерный кератомилез in situ), ЛТК (лазерная термокератопластика), СБК (суббоуменовый кератомилез), ИнтраЛАСИК (интрастромальная кератопластика), ФРК (фоторефрактивная кератэктомия), ЛАСЭК (лазерная эпителиокератэктомия), имплантация ИОЛ (интраокулярные линзы, включая мультифокальные, аккомодационные и торические ИОЛ), имплантация/позиционирование роговичных накладок/вкладок, РК (радиальная кератотомия), LRI (Limbal Relaxing Incision, лимбальные послабляющие разрезы), CRI (Corneal Relaxing Incision, роговичные послабляющие разрезы) и ДК (дугообразная кератотомия), обычно проводятся без какого-либо отображения результата непрерывного измерения волнового фронта в реальном времени, чтобы клинический специалист-практик мог в реальном времени видеть результат коррекции (см., например, US 6271914, US 6271915, US 6460997, US 6497483 и US 6499843). Хотя датчики волнового фронта используются для измерения аномалий рефракции и аберраций глаза высших порядков до, во время и после динамического процесса коррекции зрения, эти устройства обычно выдают при измерении только статическое изображение карты волнового фронта, из-за этого потенциально пропуская информацию, необходимую специалисту-практику для оптимизации результатов оптических измерений.

Обычно конечному пользователю предоставляются измерительные устройства со встроенным управлением сбором, обработкой и представлением или отображением данных. Поэтому конечные пользователи не могут свободно управлять данными по своему выбору. В некоторых приложениях, таких как офтальмология, иногда необходимо предоставить конечному пользователю свободу в выборе предпочтительной формы, формата, передаточной функции, приложения, выражения, вывода и/или алгоритма для обработки данных.

Сущность изобретения

Один примерный вариант осуществления изобретения представляет собой устройство/систему для обеспечения обратной связи с процедурой коррекции зрения, содержащее/ую датчик волнового фронта, передающий информацию в реальном времени, для измерения характеристик волнового фронта от биологического глаза; видеокамеру реального времени для получения цифровых изображений и/или записи видеоизображений глаза; компьютер с цифровым видеозаписывающим устройством, позволяющий синхронизированную обработку данных, отображение в реальном времени, запись и воспроизведение как записанных данных/результатов волнового фронта, так и записанного видеоизображения глаза; и дисплей, соединенный с компьютером, для одновременного отображения на одном и том же экране обработанного результата измерений волнового фронта и видеоизображения глаза.

Другой примерный вариант осуществления представляет собой способ обеспечения обратной связи с процедурой коррекции зрения, содержащий этапы измерения оптического волнового фронта от глаза датчиком волнового фронта реального времени; захвата и/или записи видеоизображений глаза видеокамерой в реальном времени; обработки данных волнового фронта и видео с помощью компьютера с цифровым видеозаписывающим устройством, позволяющего синхронизированное отображение и/или запись и/или воспроизведение как информации о волновом фронте, так и видеоизображения глаза; и одновременного отображения на одном и том же экране или более чем на одном (отдельном) экране (к примеру, на дисплее поднятой головы HUD (heads up display) на одном или на каждом окуляре) обработанного результата волнового фронта и видеоизображения.

В одном примерном варианте осуществления данные волнового фронта захватываются (записываются) покадрово в реальном времени синхронно с видеоизображением глаза в реальном времени и отображаются на одном и том же или нескольких мониторах.

В другой примерный вариант осуществления включены такие возможности цифрового видеозаписывающего устройства, как просмотр (перемотка и воспроизведение) параметров измерения волнового фронта в виде фильма, синхронизированного с видеоизображением глаза, во время и/или после процедуры коррекции зрения.

Примерные варианты осуществления включают в себя способы и системы, допускающие адаптацию конечным пользователем способа обработки данных, полученных от измерительного устройства.

Еще одним объектом настоящего изобретения является сопровождение и оптимизация хирургических процедур коррекции зрения, основанных на удалении вещества роговицы, с использованием обратной связи в реальном времени с компенсацией, среди которых ЛАСИК, СБК, ЛТК, ИнтраЛАСИК, ФлексиЛАСИК, ФРК, ЛАСЭК, РК, LRI, CRI и ДК.

Эти и другие признаки и преимущества настоящего изобретения станут очевидны специалистам в данной области техники после рассмотрения последующего подробного описания вариантов осуществления вместе с прилагаемыми чертежами.

Краткое описание чертежей

Фигура 1 показывает плоский волновой фронт, выходящий из эмметропического глаза, находящегося в расслабленном состоянии.

Фигура 2 показывает сходящийся сферический волновой фронт, выходящий из миопического, или близорукого, глаза.

Фигура 3 показывает расходящийся сферический волновой фронт, выходящий из гиперопического, или дальнозоркого, глаза.

Фигура 4 показывает волновой фронт, выходящий из близорукого глаза, имеющего также астигматизм.

Фигура 5 показывает схематическое изображение одного варианта осуществления, в котором для компенсации сферической аномалии рефракции волнового фронта от глаза используется устройство динамической компенсации дефокуса.

Фигура 6 показывает блок-схему типичной системы электронного управления и обнаружения, показанной на фигуре 5.

Фигура 7 иллюстрирует операционный микроскоп с микродисплеем, установленным на сопряженной плоскости объекта в траектории формирования изображений.

Фигура 8 показывает примерную блок-схему встроенного алгоритма, позволяющего сканировать дефокус для определения наилучших положений компенсации дефокуса, которые могут выявить оставшуюся аберрацию (аберрации).

Фигура 9A показывает схематическую диаграмму примерного варианта осуществления устройства/системы, содержащего/ей датчик волнового фронта для получения изображения глаза и компьютер с цифровым видеозаписывающим устройством, связанный с монитором.

Фигура 9B показывает примерную блок-схему этапов, выполняемых примерным вариантом осуществления.

Фигура 9C показывает скриншот дисплея, полученный примерным вариантом осуществления.

Фигура 9 показывает квадрантный детектор с четырьмя фоточувствительными зонами A, B, C и D, и пятно изображения на квадрантном детекторе для плоского парциального волнового фронта и для неплоского парциального волнового фронта.

Фигура 10 показывает выборку последовательным датчиком волнового фронта нескольких парциальных волновых фронтов по кольцу плоского волнового фронта, волновой фронт с дефокусом и волновой фронт с астигматизмом, соответствующее пятно изображения на квадрантном детекторе и последовательное перемещение соответствующих положений центроида при отображении на мониторе.

Фигура 11 показывает сечения волновых фронтов с различной компенсацией дефокуса и соответствующее изменение двумерной картины центроида точек данных для глаза, имеющего только дефокус или сферическую аномалию рефракции.

Фигура 12 показывает соответственно вертикальный и горизонтальное сечения волновых фронтов с различной компенсацией дефокуса и соответствующее изменение двумерной картины центроида точек данных для глаза, имеющего как дефокус, так и астигматизм.

Фигура 13 показывает примерную блок-схему основных этапов нахождения большой и малой оси и, следовательно, сферической и цилиндрической аномалий рефракции измеренного волнового фронта на основе двумерной картины центроида точек данных.

Фигура 13A показывает блок-схему примерного варианта осуществления;

Фигура 13B показывает блок-схему этапов, включенных в вариант осуществления раскрываемого в настоящее время способа;

Фигуры 13C и 13D показывают скриншоты вывода информации пользователю в данном варианте осуществления;

Фигура 14 показывает схему торической линзы, имеющей разметку оси.

Фигура 15 показывает блок-схему другого варианта осуществления устройства, в котором для коррекции некоторых выбранных компонентов аберраций волнового фронта используется динамическое устройство управления волновым фронтом.

Подробное описание примерных вариантов осуществления

Теперь будут сделаны подробные ссылки на различные варианты осуществления изобретения. Примеры данных вариантов осуществления проиллюстрированы прилагаемыми чертежами. Хотя изобретение будет описано в связи с данными вариантами осуществления, следует понимать, что это не подразумевает ограничения изобретения какими-либо вариантами осуществления. Напротив, подразумевается охват альтернатив, модификаций и эквивалентов, которые могут быть сделаны в пределах сущности и объема изобретения, что определяется прилагаемой формулой изобретения. В последующем описании для обеспечения глубокого понимания различных вариантов осуществления излагаются многочисленные характерные детали. Тем не менее, различные варианты осуществления могут использоваться без некоторых или всех этих характерных деталей. В других случаях хорошо известные детали процесса не были описаны подробно, чтобы без необходимости не усложнять настоящее изобретение. Кроме того, каждое появление фразы "примерный вариант осуществления" в различных местах описания не обязательно означает обращение к одному и тому же примерному варианту осуществления.

Одним вариантом осуществления является устройство, содержащее динамический датчик волнового фронта, способный принимать участок волнового фронта и выводить значения положений, указывающих на положение сфокусированных парциальных волновых фронтов, причем участок волнового фронта содержит множество парциальных волновых фронтов, управляемый элемент коррекции волнового фронта, расположенный так, чтобы перехватить участок волнового фронта до его падения на датчик волнового фронта, и контроллер, соединенный с управляемым элементом коррекции волнового фронта, способный управлять управляемым элементом коррекции волнового фронта для коррекции выбранных компонентов аберрации волнового фронта с целью более эффективного обнаружения оставшихся компонентов аберраций участка волнового фронта.

Одним примерным вариантом осуществления является устройство, содержащее: динамический датчик волнового фронта, способный принимать волновой фронт и выводить значения положения, указывающие на положение сфокусированных парциальных волновых фронтов, причем волновой фронт содержит совокупность парциальных волновых фронтов, и волновой фронт включает компоненты аберрации в виде неплоской волны; управляемый элемент коррекции волнового фронта, расположенный так, чтобы перехватить волновой фронт до его падения на датчик волнового фронта; и контроллер, соединенный с управляемым элементом коррекции волнового фронта, способный управлять управляемым элементом смещения волнового фронта для смещения только выбранных компонентов аберрации волнового фронта в виде неплоской волны для более эффективного обнаружения оставшихся компонентов аберрации волнового фронта в виде неплоской волны.

Другим примерным вариантом осуществления является устройство, содержащее: фокусирующую линзу парциального волнового фронта, способную фокусировать парциальный волновой фронт, являющийся участком волнового фронта, образованного источником света, на пятне изображения, расположенном в фокальной плоскости, и причем волновой фронт включает компоненты аберрации в виде неплоской волны; последовательное устройство сканирования волнового фронта, способное последовательно проецировать различные участки падающего волнового фронта на фокусирующую линзу парциального волнового фронта; переменную апертуру, способную управлять размером парциального волнового фронта; устройство считывания положения, расположенное по существу в фокальной плоскости фокусирующей линзы парциального волнового фронта, способное указывать расположение пятна изображения на устройстве считывания положения; управляемый элемент коррекции волнового фронта, расположенный так, чтобы перехватить волновой фронт до его падения на датчик волнового фронта; и контроллер, соединенный с управляемым элементом коррекции волнового фронта, способный управлять управляемым элементом коррекции волнового для коррекции только выбранных компонентов аберрации волнового фронта в виде неплоской волны для более эффективного обнаружения оставшихся компонентов аберрации волнового фронта в виде неплоской волны.

Другим примерным вариантом осуществления является устройство, содержащее датчик волнового фронта, способный в реальном времени измерять величины аберраций волнового фронта, возвращенного глазом пациента, когда хирург просматривает изображение глаза пациента непосредственно во время процедуры коррекции зрения, и обеспечивать выходной сигнал, показывающий величины аберраций в реальном времени; и дисплей, соединенный с датчиком волнового фронта, способный показывать динамическое изображение, указывающий хирургу величины аберраций в реальном времени и видимый хирургом одновременно с просмотром изображения глаза пациента непосредственно во время процедуры коррекции зрения.

Следует понимать, что признаки различных вариантов осуществления описаны выше и во всей заявке могут объединяться и/или заменять друг друга.

Одним примерным вариантом осуществления является устройство для оптимизации процедур коррекции зрения, содержащее: узкий пучок света, направляемый на сетчатку пациента; динамическое устройство компенсации дефокуса, способное компенсировать дефокус волнового фронта от глаза; датчик волнового фронта, способный измерять локальный наклон нескольких парциальных волновых фронтов, выбранных по кольцу (диаметр которого можно динамически менять) по волновому фронту с компенсацией дефокуса; и устройство визуализации, способное отображать в реальном времени двумерную (2D) картину центроида точек данных, в которой каждое положение точки данных представляет собой соответствующий локальный наклон выбранных парциальных волновых фронтов.

Другим вариантом осуществления является способ оптимизации процедур коррекции зрения, содержащий: направление узкого пучка света на сетчатку пациента; динамическую компенсацию дефокуса волнового фронта от глаза пациента; измерение датчиком волнового фронта в реальном времени локального наклона нескольких парциальных волновых фронтов по кольцу (диаметр которого можно динамически менять) по волновому фронту с компенсацией дефокуса; и отображение в реальном времени двумерной (2D) картины центроида точек данных, в которой каждое положение точки данных представляет собой соответствующий локальный наклон выбранных парциальных волновых фронтов.

Распространяя общую идею коррекции некоторых компонентов аберрации волнового фронта на основе обратной связи об измерении волнового фронта в реальном времени для наилучшего выявления оставшихся компонентов аберрации, один вариант осуществления представляет собой устройство для оптимизации процедур коррекции зрения, содержащее: узкий пучок света, направляемый на сетчатку пациента; элемент коррекции волнового фронта, способный динамически корректировать только определенные компоненты аберрации волнового фронта от глаза пациента; датчик волнового фронта реального времени, способный измерять локальный наклон нескольких парциальных волновых фронтов, выбранных согласно определенному составу выборки из волновых фронтов с коррекций; и средство обратной связи, способное сопровождать коррекцию.

Другим вариантом осуществления является способ оптимизации процедур коррекции зрения, содержащий: направление узкого пучка света на сетчатку пациента; динамическую коррекцию только определенных компонентов аберрации волнового фронта от глаза пациента элементом коррекции волнового фронта; измерение датчиком волнового фронта реального времени локального наклона нескольких парциальных волновых фронтов, выбранных согласно определенному составу выборки из волновых фронтов с коррекцией; и сопровождение коррекции средством обратной связи.

В примерном варианте осуществления используется активная коррекция, а не только полностью пассивная компенсация некоторых компонентов (компонента) аберрации волнового фронта от глаза. Коррекция может осуществляться с использованием простой линзы с переменным фокусным расстоянием или эквивалента, или более сложного средства управления волновым фронтом. Ключевым отличием от предыдущих уровней техники является активная часть коррекции. Коррекцию можно сканировать и запланированную коррекцию можно динамически применить к одному или более конкретному компоненту (компонентам) аберрации.

Другой примерный вариант осуществления вовлекает конечного пользователя или управление встроенным алгоритмом в определение величины или диапазона коррекции, которую следует применить, на основе обратной связи об измерении волнового фронта в реальном времени. Одной целью является выделение ключевых признаков тех компонентов аберрации волнового фронта, которые необходимо в дальнейшем скорректировать во время процедуры коррекции зрения. Другой целью является усреднение шума и получение лучшего измерения аберраций глаза.

В другом примерном варианте осуществления выбирается волновой фронт и отображается результат измерений в реальном времени легко понятным рефракционному хирургу способом. В частности, выбором по кольцу волнового фронта с определенной компенсацией дефокуса или сканированием компенсации дефокуса может быть получена такая двумерная картина центроида точек данных, которая выстраивается в эллипс, причем круг и прямая линия являются предельными случаями эллипса, и, поступая так, можно достичь непосредственного представления сферо-цилиндрических аномалий рефракции.

В другом примерном варианте осуществления размер кольца выборки волнового фронта динамически меняется так, чтобы, в то время как простая для понимания двумерная картина центроида точек данных показывается конечному пользователю, выборка могла также покрыть большинство требуемых волновых фронтов. Встроенные алгоритмы могут использоваться для учета изменения размера кольца, а также для отображения эллипса или диаграммы, являющихся типичным представлением сферических и цилиндрических аномалий рефракции, что понятно специалистам, проводящим коррекцию зрения.

В другом примерном варианте осуществления волновой фронт выбирается согласно составу выборки во время коррекции некоторых аберраций низших порядков, так что можно явно выявить информацию о некоторых конкретных аберрациях волнового фронта высших порядков, или наоборот. Например, при динамической компенсации дефокуса и компенсации астигматизма наличие аберраций высших порядков (АВП), таких как кома, являющаяся очень распространенной АВП, с которой часто сталкиваются хирурги и для которой существуют техники хирургического вмешательства, может быть выявлено и отображено в формате, легко понятном клиническим специалистам-практикам.

Другой примерный вариант осуществления сопровождает размещение ИОЛ во время операции, таким образом подтверждая непосредственно в операционной оптимальное центрирование, наклон, круговую угловую ориентацию (в случае любых торических линз) и результаты рефракционной коррекции (т.е. интраоперационное подтверждение эмметропии или другой конечной цели рефракционной коррекции для пациента). А именно, двумерную картину центроида точек данных можно использовать для управления уменьшением наклона, придаваемого ИОЛ; при имплантации мультифокальной ИОЛ описываемое в настоящее время устройство можно использовать для управления и изменения размера выбранного кольца для проверки фокусного расстояния имплантированной мультифокальной ИОЛ; при имплантации аккомодационной интраокулярной линзы (АИОЛ) описываемое в настоящее время устройство можно использовать для измерения того, обеспечивает ли имплантированная АИОЛ желаемый диапазон аккомодации; при имплантации торической ИОЛ описываемое в настоящее время устройство можно использовать для управления центрированием и периферической угловой ориентацией при размещении торической ИОЛ.

Примерный вариант осуществления подтверждает правильность выбора преломляющей силы ИОЛ, особенно при послеоперационной коррекции рефракции роговицы у тех пациентов, у которых дооперационный выбор формул ИОЛ не дал приемлемых результатов.

Другой примерный вариант осуществления позволяет придавать форму и позиционировать роговичную накладку и/или вкладку ex vivo или in vivo.

Глаз без каких-либо оптических аберраций называется эмметропическим глазом, и нормальное зрение без аберраций называется эмметропией. В таком глазе с отличным зрением лучи света от удаленного объекта могут отчетливо фокусироваться на сетчатке, если глаз расслаблен. Именно это является целью лазерной или другой процедуры коррекции зрения. Поскольку для удаленного объекта волновой фронт, падающий на расслабленный эметропический глаз, может считаться плоским, то, когда направление распространения луча света меняется на противоположное, то есть, когда лучи света от точечного источника вблизи центральной ямки (fovea) проходят назад через оптическую систему глаза и выходят из глаза, волновой фронт также является плоским. Фигура 1 показывает плоский волновой фронт 110, выходящий из расслабленного эмметропического глаза 120.

Аберрации глаза традиционно делятся на аберрации низших и высших порядков. Аберрации низших порядков включают дефокус (также называемый сферической аномалией рефракции) и астигматизм (также называемый цилиндрической аномалией рефракции). Более общеупотребительными названиями двух разных типов дефокуса являются близорукость (миопия) и дальнозоркость (гиперметропия или гиперопия). Эти аномалии рефракции могут быть измерены авторефрактометром и составляют около 85 процентов всех аберраций глаза. Когда лучи света, испущенные точечным источником вблизи центральной ямки (fovea), проходят обратно через оптическую систему глаза с дефокусом и выходят из глаза, волновой фронт является либо сферически сходящимся, либо сферически расходящимся. Фигура 2 показывает сходящийся сферический волновой фронт 210, выходящий из миопического, или близорукого, глаза 220, и фигура 3 показывает расходящийся сферический волновой фронт 310, выходящий из гиперопического, или дальнозоркого, глаза 320.

Если астигматизма нет, сечение роговицы глаза имеет форму половины бейсбольного меча в разрезе. Кривизна, или крутизна, полусферы повсюду одинакова. Для сравнения рассмотрим роговицу, похожую на мяч для американского футбола, разрезанный пополам вдоль (в продольном направлении, через оба заостренных конца). Кривизна роговицы в продольном направлении (вдоль швов) не такая крутая, как в поперечном направлении. Такая роговица фокусирует свет не в одной точке, а в двух. Тот, кто имеет нескорректированный астигматизм, может видеть изображения смазанными и двоящимися. Роговица в форме мяча для американского футбола, разрезанного вдоль, является астигматической.

В глазу с астигматизмом лучи света от удаленного объекта фокусируются по двум перпендикулярным направлениям в двух точках, например, одна на сетчатке и другая за сетчаткой. Это случай глаза с астигматической роговицей, имеющей неравномерную кривизну, как у мяча для американского футбола, разрезанного вдоль. Две разные кривизны приводят к наличию двух различных фокальных точек. Существует несколько различных комбинаций астигматизма в зависимости от расположения фокальных точек. Среди них:

простой миопический астигматизм: одна точка перед сетчаткой, другая - на сетчатке;

сложный миопический астигматизм: обе фокальные точки перед сетчаткой;

простой гиперопический астигматизм: одна точка за сетчаткой, другая - на сетчатке;

сложный гиперопический астигматизм: обе фокальные точки за сетчаткой;

смешанный астигматизм: одна точка перед сетчаткой, другая - за сетчаткой.

Зачастую при наличии астигматизма как внутри глаза, так и на роговице, астигматизм внутри глаза имеет противоположную к астигматизму на роговице направленность. Две формы астигматизма могут, таким образом, компенсировать друг друга, и глаз не будет иметь значительной степени астигматизма.

Астигматический глаз обычно имеет два разных меридиана, перпендикулярных друг другу, из-за чего изображения фокусируются в разных плоскостях для каждого меридиана. Меридианы могут быть миопическими, гиперопическими или эмметропическими. Корригируют астигматизм обычно цилиндрическими или торическими линзами с разными преломляющими силами по разным конкретным направлениям.

Из-за астигматизма изображения вне зависимости от расстояния находятся не в фокусе. При астигматизме размытость можно минимизировать аккомодацией, или фокусировкой, чтобы поместить "круг наименьшего рассеяния" на сетчатку.

Для коррекции астигматиза, прежде чем размещать линзу перед или внутри глаза, необходимо определить положение оси цилиндрической линзы. При установлении угла оси наблюдатель располагается напротив пациента, и угол ориентации, равный нулю, находится слева от наблюдателя. Шкала считывается под горизонтальной линией, угол внизу составляет 90° и справа - 180°.

В случае астигматического глаза, или глаза с цилиндрической аномалией рефракции, волновой фронт, выходящий из точечного источника вблизи центральной ямки (fovea) глаза, больше не является осесимметричным по отношению к оптической оси и, вместо этого, волновой фронт имеет различное сферическое расхождение или схождение вдоль двух различных, но взаимно перпендикулярных азимутальных направлений.

Фигура 4 показывает волновой фронт, выходящий из глаза 420, являющегося близоруким и с астигматизмом (сложный миопический астигматизм). Заметим, что степень конвергенции волнового фронта после выхода из глаза различны для вертикального (вид сбоку) и горизонтального (вид сверху) сечений. Волновой фронт 410a в вертикальном сечении в случае вида сбоку изначально более расходящийся после выхода лучей света из глаза, чем волновой фронт 410b в горизонтальном сечении в случае вида сверху. Соответственно, форма пучка также не будет строго конической и осесимметричной относительно оптической оси. Как показано на трехмерном изображении 430, считая, что свет распространяется справа налево, форма сечения пучка (перпендикулярно к направлению распространения пучка) меняется с большего горизонтальный эллипс, на горизонтальную линию, на меньший горизонтальный эллипс с более короткой большой осью, на круг наименьшего рассеяния, на меньший вертикальный эллипс с более короткой большой осью, на вертикальную линию и затем на больший вертикальный эллипс. Следует отметить, что это формы сечений пучка, которые не следует путать с двумерной картиной центроида точек данных, которая будет обсуждаться ниже, хотя между ними есть соответствие и сходство.

Что касается волнового фронта, необходимо отметить, что представление геометрической оптики не является точным. Как только пучок фокусируется вблизи положения наилучшего фокуса, для понимания изменений волнового фронта следует применять волновую оптику. В самом деле, пучок ведет себя как Гауссов пучок вблизи области наилучшего фокуса, и кривизна волнового фронта не постоянна, а постепенно меняется со сходящегося волнового фронта на чуть менее сходящийся волновой фронт, затем на немного сходящийся волновой фронт и, наконец, на плоский и затем расходящийся волновой фронт. В месте, где пучок имеет форму горизонтальной линии, вид сбоку, или вертикальное сечение волнового фронта, фактически плоское, поскольку это точка, в которой соответствующий волновой фронт в вертикальном сечении меняется со сходящегося сферического волнового фронта на расходящийся сферический волновой фронт. Аналогично, в месте, где пучок имеет форму вертикальной линии, вид сверху, или горизонтальное сечение волнового фронта является плоским, так как это положение, при котором соответствующий волновой фронт в горизонтальном сечении меняется со сходящегося сферического волнового фронта на расходящийся сферический волновой фронт. Позже соответствие между изменением формы пучка и изменением связанного с ним волнового фронта будет обсуждаться подробнее.

Следует отметить, что острота зрения и зрительная работоспособность связаны с аберрациями волнового фронта, но параметры, используемые для описания зрения, не совпадают с рецептом на очки или контактные линзы, который можно взять с собой в оптику и заполнить. Зрение обычно описывается формулой Снеллена, например, 20/40. При зрении 20/40 объект, который может увидеть пациент с 20 футов, пациент со зрением 20/20 может увидеть с 40 футов. Поэтому тот, у кого зрение 20/400, видит еще хуже; чем больше знаменатель, или второе число, тем хуже зрение. В крайнем случае, если зрение так слабо, что человек не может увидеть самую большую букву «E» в оптометрической таблице, способом измерения зрения становится количество пальцев, которые он может сосчитать. Если кто-то «может сосчитать пальцы с 3 футов», это означает, что обследуемый глаз имеет зрение меньше 20/400 и может только определить количество пальцев с расстояния трех футов. Золотым стандартом отличного зрения является зрение 20/20, хотя есть пациенты, способные видеть лучше, чем «превосходно». Поскольку большинство пациентов используют оба глаза одновременно, зрение проверяется отдельно для каждого глаза, как и при выписке рецепта пациенту. В таблице ниже показано соответствие остроты зрения (в футах и метрах) аномалиям рефракции в диоптриях, которые являются единицей измерения оптической силы линзы, обратно пропорциональной фокусному расстоянию, выраженному в метрах (то есть 1/м).

Острота зрения в футах	Острота зрения в метрах	Аномалия рефракции в диоптриях
20/20	6/6	0,00
20/30	6/9	-0,50
20/40	6/12	-0,75
20/50	6/15	-1,00
20/70	6/20	-1,25
20/100	6/30	-1,50
20/150	6/45	-2,00
20/200	6/60	-2,50
20/250	6/75	-3,00

В рецептах для коррекции зрения, если глаз имеет только близорукость, будет только одно отрицательное число диоптрий. Знак минус указывает на близорукость, или миопию. Число после знака минус сообщает степень, или "тяжесть" близорукости. Например, -1,00D означает близорукость величиной в 1 диоптрию, -5,25D означает близорукость величиной 5,25 или 5¹/₄ диоптрий. Это больше, чем близорукость -1,00D, и требует более толстых минусовых стекол.

Если глаз имеет только дальнозоркость, будет только одно положительное число диоптрий. Знак плюс указывает на дальнозоркость или гиперопию. Число после знака плюс сообщает степень или "тяжесть" дальнозоркости. Например, +1,00D означает дальнозоркость величиной в 1 диоптрию, +5,75D означает дальнозоркость величиной 5,75 или 5¾ диоптрий. Это больше, чем дальнозоркость +1,00D, и требует более толстых плюсовых стекол.

Если глаз астигматический, описать числа сложнее. Фактически в рецептах для астигматического глаза существуют 3 числа. Общая формула S+C×Axis. И S, и C могут быть и положительными, и отрицательными числами. S обозначает то, что называется "сферой", или сферической частью рецепта. C обозначает величину астигматизма или цилиндрическую часть рецепта. Axis (Ось) - это число от 0 до 180 градусов; это число говорит о том, где имеется отличие в кривизне сетчатки, или как ориентирован или выровнен астигматизм. Этого недостаточно для определения величины астигматизма, необходимо узнать, где именно есть отличие в кривизне, указав координаты. Следовательно, в рецепте при астигматизме определенного вида и степени имеются три числа. Чем больше второе число, С, тем сильнее астигматизм. Существует несколько категорий астигматизма, и точный тип астигматизма устанавливается на основе анализа трех чисел рецепта. Например, -2,00+1,50×180 означает сферическую аномалию рефракции минус 2 диоптрии с астигматизмом плюс 1,50 диоптрии и осью 180 градусов; +4,00+3,00×89 означает сферическую аномалию рефракции плюс 4 диоптрии с астигматизмом плюс 3 диоптрии и осью 89 градусов.

Аберрации высших порядков означают другие искажения, получаемые волновым фронтом света, когда он проходит через глаз с неровностями его преломляющих частей (слезная пленка, роговица, внутриглазная жидкость, хрусталик и стекловидное тело). Ненормальная кривизна роговицы и хрусталика может вносить вклад в аберрации высших порядков (АВП). Тяжелые абе