Расстояние вершины роговицы глаза

Описание

Вариабельность элементов глаза. Размеры элементе» оптической системы глаза отличаются большим разбросом. Отчасти разница в приводимых размерах зависит от погрешностей методов измерений. Так, одни исследователи производили измерения на энуклеированных глазах, другие — на живых, применялся как рентгенографический, так и эхобиометрический метод, между которыми нет полной корреляции.

«Схематический глаз» по Гульстранду. Гульстранд еще в 1909 г. создал модель глаза — «схематический глаз». Эта модель позволяет получать ориентировочные данные о положении и величине изображения на сетчатке глаза, работающего как без каких-либо дополнительных систем, так и совместно с оптическими приборами. В модели использованы усредненные значения основных параметров глаза: показателей преломления прозрачных сред, их толщины (расстояния от вершины роговицы), радиусов кривизны поверхностей. Для большего упрощения расчета Гульстранд вычислил для «усредненного» глаза положения главных и узловых точек, переднее и заднее фокусные расстояния и преломляющую силу роговицы, хрусталика и полной системы глаза. Так как для глаза пространство предметов (воздух) и пространство изображений (среды глаза) заполнены веществами с различными показателями преломления, то главные и узловые точки не совпадают друг с другом, а переднее и заднее фокусные расстояния отличаются между собой. Узловые точки неаккомо-дированного глаза лежат на расстоянии 7 и 7,7 мм от вершины роговицы, главные точки — на расстоянии 1,35 и 1,65 мм от этой вершины.

Редуцированный глаз. Еще более упрощенной моделью является редуцированный глаз, в котором две главные точки заменены одной. В ,этом случае вся оптическая система глаза изображается эквивалентной системой, имеющей лишь одну преломляющую поверхность, которая разделяет две среды — воздух и стекловидное тело. В часто используемом при расчетах редуцированном глазу по Вербицкому радиус кривизны роговицы r = 6,8 мм, показатель преломления n’ = 1,4, а длина глаза — 23,4 мм. Следует отметать, что эти величины выбраны не совсем точно. Действительно, пусть на редуцированный глаз падает пучок света от бесконечно удаленного объекта, т. е. s = бесконечность. Очевидно, что изображение этого объекта будет находиться на заднем фокусном расстоянии от вершины, т. е. s’=f’. Подставляя в формулу (14) значения n’, n и r, получим s’= 23,8 мм. Это означает, что для того, чтобы изображение на сетчатке было резким, длина редуцированного глаза должна быть не 23,4, а 23,8 мм. Принятой в модели длине 23,4 мм соответствует показатель преломления n’ 1,39, а не 1,4. При этом переднее фокусное расстояние f редуцированного глаза будет равно 17 мм. Как редуцированный, так и «схематический» глаз по Гульстранду не воспроизводит аберраций живого глаза. Вопрос о совпадении значений аберраций «схематического глаза» с реальными величинами аберраций живого глаза при расчете большинства визуальных оптических приборов: микроскопов, телескопов, спектроскопов и пр. — не имеет большого значения. Многочисленными исследованиями доказано, что коррекция аберраций глаза наблюдателя не повышает существенным образом качества изображения. Иначе дело обстоит в офтальмоскопах, где принимают во внимание не аберрации глаза наблюдателя, а аберрации глаза, являющегося объектом исследования. Особое значение приобретают аберрации глаза при офтальмоскопии с повышенным увеличением. Для расчета приборов такого типа желательно учитывать реальные или близкие к реальным аберрации глаза.

Модель глаза с аберрациями, близкими к реальным. Если сравнить с усредненной кривой экспериментальных аберраций аберрации, вычисленные для схематического глаза по Гульстранду, то станет очевидно, что расхождение очень велико. В среднем живой глаз «исправлен» значительно лучше, чем схематический. Чтобы приблизить модель Гульстранда к реальному глазу, была найдена асферическая поверхность, воспроизводящая усредненные аберрации живого глаза., При этом все параметры «схематического» глаза, в том числе и радиуе при вершине передней поверхности роговицы, были сохранены. но форма передней поверхности принималась не сферической, а параболической. Усредненные аберрации реального глаза хорошо воспроизводятся моделью в том случае, если передняя поверхность роговицы принята параболоидом вращения с уравнением образующей:

Хроматическая аберрация (Тамарова Р. М., Гребенников Б. В., 1973) в «схематическом глазу» Гульстранда не предусмотрена, так как даются только показатели преломления сред без дисперсии. Для воспроизведения хроматической аберрации в модифицированной модели дисперсию сред выбрали близкой к дисперсии флинтов (Дп = 0,0134). Модифицированная модель глаза, воспроизводящая сферическую и хроматическую аберрации усредненного глаза, приведена в табл. 1.

—

Статья из книги: Оптические приборы для исследования глаза | Тамарова Р.М.

Поверхность роговицы — одна из основных преломляющих структур глаза. Небольшое изменение её кривизны или нерегулярность формы способны приводить к снижению остроты зрения.

Обcледование на кератотопографе

Кератотопография (корнеотопография, фотокератоскопия, видеокератография) — неинвазивная методика получения топографической карты передней поверхности роговицы.

Самым первым устройством для определения аномалий поверхности роговицы был диск Пласидо, разработанный в 1880 году португальским офтальмологом Антонио Пласидо. Это плоский диск с концентрическими чередующимися белыми и черными кольцами. От источника света, находящегося за головой пациента, лучи, отражаясь от поверхности диска, проецировались на роговице. В центре диска имелась апертура, через которую доктор мог наблюдать формируемое на поверхности роговицы изображение. Чем меньше радиус кривизны передней поверхности роговицы, тем меньше это изображение, а кольца диска Пласидо располагаются ближе друг к другу. При астигматизме в области более крутого меридиана кольца также будут теснее прилегать друг к другу.

Погрешность при проведении кератотопографии находится в диапазоне ±0,25 D или 2-3 мкм, но в сложных случаях может составлять и ±0,50-1,00 D.

Применение кератотопографии в офтальмологии:
— ранняя диагностика заболеваний роговицы: кератоконуса, эпителиальной дистрофии и других эпителиопатий, краевая дегенерация Терьена и пеллюцидная краевая дегенерация;
— количественная оценка неправильного астигматизма и изменений поверхности роговицы, связанных с ношением контактных линз;
— оценка пред- и послеоперационного состояния роговицы в рефракционной хирургии, а также после других вмешательств на роговице (кератопластика). Пациентам, которым планируется лазерная коррекция зрения, особенно важно исключить наличие кератоконуса;
— подбор ЖГПЛ и оценка эффекта их ношения.

Топографические показатели

Simulated K (SimK) — смоделированное кератометрическое измерение, характеризующее кривизну роговицы в центральной (3 мм) зоне. Определяются два значения: в самом крутом меридиане указанной зоны (SimK1) и самом плоском (SimK2), находящемся по определению под углом 90° к первому. Эти данные дают представление о центральной кривизне роговицы — наиболее значимой для зрения. Выбор диаметра (3 мм) исторически сложился с целью удобства при сравнении с результатами стандартной кератометрии.

Index of asphericity (Q) — индекс асферичности показывает, насколько сильно кривизна роговицы изменяется по направлению от центра к периферии. Вытянутая поверхность имеет отрицательное значение Q, а сплюснутая — положительное. В норме роговица имеет вытянутую форму (т.е., становится более плоской к периферии) и значение этого индекса составляет −0,26. В большинстве случаев при лазерной коррекции миопии переднюю поверхность роговицы делают более приплюснутой.

Индексы, характеризующие однородность и оптические свойства роговицы. В настоящее время наилучшая сфероцилиндрическая коррекция, на основе которой выписываются очки, мягкие контактные линзы, проводится лазерная коррекция зрения, не исправляет все оптические аберрации на роговице. Для достижения наиболее высокой остроты зрения необходима равномерная гладкая передняя поверхность роговицы.

При помощи различных коэффициентов офтальмологи пытаются связать изменчивость фактических показателей передней поверхности роговицы, полученных с помощью топографии, с оптическими свойствами и потенциальной наилучшей остротой зрения, которую она способна обеспечить. Эти коэффициенты могут рассматриваться в клинической практике, как математическое выражение зрительных нарушений, вызванных нерегулярностью передней поверхности роговицы. Для этого существует множество индексов, таких, как:
— surface regularity index (SRI) — индекс регулярности поверхности роговицы;
— corneal uniformity index (CUI) — индекс однородности роговицы;
— predicted corneal acuity (PCA) — прогнозируемая роговичная острота зрения;
— point spread function (PSF) — функция рассеяния точки.

Заметим, что пациенты с нормальными показателями могут иметь плохое зрение по причине расстройств в других отделах зрительной системы.

Топограмма роговицы

Показатели кератопограммы нормальной роговицы. Преломляющая сила роговицы в среднем имеет диапазон 40,7-46,6Д. В норме она постепенно уплощается от центра к периферии на 2-4Д, при этом с назальной стороны уплощение более выражено, чем с височной. Топограммы обеих роговиц одного человека часто выглядят зеркально симметричными. Некоторые же иногда встречающиеся незначительные различия являются индивидуальной особенностью.

В 1996 году были предложены 10 типов нормальной кератопограммы по их характерному виду на диагностических картах с абсолютной шкалой. Примерное процентное соотношение основных вариантов составляет:
1) правильной (регулярной) формы:
— круглая — 23%;
— овальная — 21%;
2) с астигматизмом:
— симметричная «бабочка», типичная при правильном астигматизме, — 18%;
— ассиметричная «бабочка» — 32%
— неправильной (нерегулярной) формы — 7%.

Некоторые признаки патологии на кератопограмме. Основными признаками кератоконуса являются высокая оптическая сила центральной части роговицы (более 47,2Д), большая разница между оптической силой верхушки и периферии роговицы (I-S asymmetry index, или Surface Asymmetry Index более 1,2Д) и различие между роговицами обоих глаз пациента. Корнеотопография способна выявлять ранние проявления субклинического кератоконуса у пациентов, не имеющих каких-либо клинических проявлений.

Однако данный метод не является достаточным для дифдиагностики данного заболевания, так как другие патологические состояния, например, изменение формы роговицы после ношения, чаще всего, жестких контактных линз, могут симулировать ранний кератоконус. Отсутствие в анамнезе ношения контактной коррекции, истончение стромы роговицы и другие признаки могут подтвердить диагноз кератоконуса.

Ранняя пелдюцидная краевая дегенерация может проявляться на топограмме уплощением в нижней зоне роговицы. Типичным её проявлением является изображение, похожее на клешни краба, и истончение роговицы между 4-8 часами.

Отображение данных кератотопографии

Фотокератоскопический вид. Изображение содержит отражение колец Пласидо на роговице, с помощью которого можно субъективно оценить их расположение и правильность. На основании этого можно судить о локализации вершины кератоконуса, фиксации взора пациента. В норме отражения колец на роговице более смещены к лимбу в одну из сторон, а дистанция между ними меньше со стороны носа.

Численный вид. Представляет собой диаграмму с данными кривизны роговицы в диоптриях, полученными в 10-ти концентрических круговых зонах с интервалом в 1 мм. Показатели могут отображаться в соответствии со стандартной цветовой шкалой.

Кератометрический вид. Отражает данные кератометрии в двух основных меридианах (К1 и К2), измеренных в трех зонах: центральной — 3 мм, средней — 3-5 мм и периферической — 5-7 мм. Данная карта помогает быстро определить, является ли астигматизм симметричным. Чем больше угол между осями астигматизма отличается от 90°, тем в большей степени он неправильный.

Профильный вид. Графическое отображение наиболее крутого и плоского меридианов роговицы и их различия в диоптриях.

Цветовые диагностические топографические карты.
Наиболее распространенное и удобное в применении отображение данных кератотопографии.

1. Основанные на принципе колец Пласидо. Принцип заключается не в непосредственном измерении координат (x,y,z) определенной точки на поверхности роговицы, а в оценке изменения отражения кольца и расчете кривизны поверхности роговицы в аксиальном направлении. Отраженное изображение регистрируется с помощью специальной камеры, а затем обрабатывается компьютерной программой. Количество колец может варьироваться от 8 до 32. Точность метода высока, так как измерение показателей в зависимости от модели прибора осуществляется с 8-10 тысяч точек по всей поверхности роговицы. Для сравнения автокератометры проводят измерения только по 4 точкам центральной (диаметр 3-4 мм) части роговицы.

Недостатки:
— не может регистрировать показатели на небольшом участке центральной зоны роговицы, хотя он очень мал в некоторых моделях (обусловлено минимальным диаметром кольца устройства);
— критическую роль играет состояние слезной пленки, так как изображение зависит от отражения лучей от нее;
— данные при измерении асферической или нерегулярной поверхности менее точны.

2. Основанные на использовании сканирующей оптической щели. Принцип схож со щелевой лампой. Используются два щелевых источника света, расположенных под углом 45° к исследуемой оси. Производится около 20-ти изображений в каждом направлении в течение приблизительно 1,5 секунд. Сканирование возможно в зоне роговицы диаметром до 10 мм и зависит от её формы.

Преимущества:
— измеряются все поверхности переднего отрезка глаза.
Недостатки:
— сравнительно длительное время сканирования (1,2-1,5с);
— недостаточная точность измерения задней поверхности роговицы;
— трудности в сопоставлении данных, полученных на разном оборудовании;
— более долгая процедура обследования, чем при стандартной методике, основанном на кольцах Пласидо.

Orbscan
Камера высокого разрешения регистрирует 40 изображений отраженного света, проецируемого на роговицу двумя щелевыми источниками. Программное обеспечение анализирует 240 точек каждого такого изображения и вычисляет толщину роговицы и показатели её задней поверхности. Расчет показателей передней поверхности проводится таким же способом. Так как старый метод отраженного изображения колец Пласидо более точен, то в современных моделях Orbscan применяется его комбинация с методом сканирующей оптической щели.

Orbscan в настоящее время является наиболее распространенным в клинической практике устройством этой группы, позволяющим анализировать толщину роговицы и её заднюю поверхность, а также выявлять аномалии в этих зонах.

Сообщается, что точность и повторяемость результатов обследования составляет до 10 мкм, а при оптимальных условиях – в диапазоне от 4 мкм в центральной зоне до 7 мкм в периферической.

Компьютерный топограф Oculus Pentacam

Pentacam (Oculus)
Работа основана на применении камеры Шеймпфлюга. Вращаясь, она делает 50 снимков менее чем за 2 секунды. Каждое изображение имеет 500 диагностических точек (всего — 25000) поверхности роговицы. В устройстве имеются 2 камеры: одна для обнаружения и измерения зрачка, другая – для визуализации переднего сегмента. Pentacam способен отображать топографию передней и задней поверхности роговицы, в том числе оценивать их кривизну, рисовать тангенциальную и аксиальную карты.

К его преимуществам относят:
— высокое разрешение измерений, включая центральную зону;
— возможность обследования роговицы с тяжелыми изменениями роговицы, такими, как кератоконус, не поддающийся диагностике устройствами, работающими на основе колец Пласидо;
— возможность оценки толщины роговицы от лимба до лимба;
— возможность выявления аберраций высших порядков.

3. Основанные на растровом фотографировании.
Устройство проецирует калиброванную сетку на переднюю поверхность роговицы и считывает её отражение под различными углами. Для окрашивания слезной пленки местно применяется флюоресцеин, а для освещения – кобальтовый источник света. Точность и воспроизводимость результатов — на уровне систем, основанных на кольцах Пласидо. Основное преимущество — не требует целостности эпителия роговицы.

4. Основанные на лазерной голографической интерферометрии.
В основе лежит явление световой волновой интерференции. Для измерения поверхности роговицы используются треххмерные изображения, которые могут по-различному отражаться от неё в зависимости от свойств этой поверхности.

Оценочные шкалы диагностических карт. Каждая диагностическая карта имеет свою цветовую шкалу, на основании которой участки изображения роговицы окрашиваются в соответствии с их преломляющей силой. Обычно применяются:
— «горячие» цвета (красный, оранжевый и их оттенки) – отображают крутые участки роговицы с высокой рефракцией;
— желтый, зеленый и их оттенки – зоны с преломляющей силой в пределах нормы;
— «холодные» (синий, фиолетовый и их оттенки) – участки плоской формы с низкой рефракцией.

Пример аксиальной диагностической карты

Интенсивность цвета зависит от преломляющей силы роговицы, т.е. яркость красного, в который окрашен участок роговицы с рефракцией 46Д, будет больше, чем участка с рефракцией 45Д.

Шкалы могут быть также абсолютными и нормализованными. Абсолютные имеют заранее предустановленный диапазон величин рефракции с определенным шагом (обычно 1,5Д в промежутке между 35Д и 50Д). Они позволяют проводить сравнение двух различных карт. Однако из-за большого шага они не могут показать небольшие изменения кривизны или локальные изменения роговицы, например, при раннем кератоконусе.

Нормализованная шкала может иметь различный диапазон для каждой карты в зависимости от программного обеспечения прибора, что позволяет выявлять минимальную и максимальную силу преломления в каждом случае. Эти шкалы имеют шаг меньше, чем абсолютные, а значит, позволяют более детально оценивать поверхность. Недостатком является невозможность прямого сравнения двух различных карт.

Типы диагностических карт

Axial, or corneal power, or sagittal map – аксиальная, или осевая, или силовая карта.
Кривизна роговицы оценивается путем измерения того, насколько резко поверхность изгибается в определенной точке в определенном направлении. Аксиальная (осевая) кривизна, ранее называемая сагиттальной, измеряется путем оценки искривления поверхности роговицы в определенной точке по отношению к центру роговицы, вычисляемому эмпирически.

Meridional, or tangential map – меридиональная, или тангенциальная карта.
Составляется путем сравнения кривизны роговицы в одной точке с другими на определенном меридиане (кольце). Она всегда более чувствительна к локальным изменениям кривизны, чем осевая, тем самым является наиболее оптимальной для выявления раннего кератоконуса. Осевая и меридиональная карты теоретически должны отображаться в мм для каждой точки. Однако для офтальмологов в клинической практике более применимо выражение этих показателей в кератометрических диоптриях и в виде так называемых карт.

Elevation map – элевационная карта.
Приподнятость (элевация) точки на поверхности роговицы отражает её высоту по отношению к математической модели базовой (референтной) сферической поверхности, которая рассчитывается программным обеспечением индивидуально в каждом случае. Одна и та же поверхность роговицы может отображаться по-разному при использовании различных базовых поверхностей. Следовательно, прямое сравнение двух элевационных карт, построенных с помощью даже незначительно отличающихся базовых поверхностей, проблематично. Кератотопографы, основанные на принципе колец Пласидо, не измеряют напрямую элевацию, но могут её рассчитать.

Обратите внимание, что на практике цвета той же области на элевационной и аксиальной силовой картах зачастую обратны. Например, вертикальная ось 90° более крутая при прямом роговичном астигматизме, а значит, и её элевация по отношению к базовой поверхности понижается более резко. Таким образом, эта зона окрашена в синий цвет на элевационной карте и красный — на аксиальной.

Чтобы интуитивно понять теоретическое различие между элевационной и силовой картой, взгляните на рисунок поверхности роговицы ниже.

Сферическая кривизна А-В и C-D схожи, но отличаются элевацией. При проведении рефракционных операций сила преломления изменяется с помощью удаления тканей роговицы, и данные о высоте имеют большое значение для расчета глубины абляции и оптических зон. Элевационная карта может также применяться при подборе и оценке воздействия на роговицу ЖГПЛ.

Refractive power map — рефракционная карта (карта асферичности роговицы).
Принимая в расчет сферические аберрации, эта карта на основании закона Снеллиуса рассчитывает и отображает фактическую преломляющую силу роговицы. Данные карты применяются для прогнозирования качества зрения после LASIK, определения оптической зоны при подборе ЖГПЛ.

Irregularity map – карта нерегулярности роговицы.
Суть построения этой карты схожа с таковой у элевационной. Различие заключается лишь в том, что в качестве базовой поверхности в данном случае используется торическая поверхность, что помогает исключить влияние нерегулярности формы роговицы на результат обследования. «Горячие» цвета на карте отображают более высокую степень искажения изображения роговицей, измеряя его в количестве ошибок волнового фронта.

Каждый тип карты с учетом техники построения так или иначе отражает разные свойства поверхности роговицы. Таким образом, заключение выносится по совокупности результатов всех диагностических карт.

Автор: Врач-офтальмолог
Е. Н. Удодов, г. Минск, Беларусь.
Дата публикации (обновления): 17.01.2018