Kõrge järgu aberratsiooni ja müoopia defokiveerimise prillide disain silmamudelil põhinev samaaegne

Hongliang Yaoa, Chunmei Zeng*A, B, Haomo Yuc

Optoelektroonilise teaduse ja inseneri ashool, Soochow ülikool, nr 1 Shizi Street, Suzhou 215006, Hiina; Jiangsu provintsi täiustatud optiliste tootmistehnoloogiate BKEY LAB

Hiina haridusministeeriumi kaasaegsete optiliste tehnoloogiate võtmelabor, Soochow ülikool, Suzhou 215006, Hiina; Csuzhou Mason Optical Co., Ltd., Suzhou 215007, Hiina

* Vastav autor: chunmei _ zeng@suda.edu.cn

Kokkuvõte

Spetsiaalselt kujundatud raamiklaasid on kliiniliste uuringute puhul näidanud üha olulisemat jõudlust lühinägelikkuse ennetamise ja kontrolli all. Prillide raamidega seotud kõrgtegevusega aberratsioonide moduleerimise kohta on siiski vähe. See artikkel kavandab kõrge järgu aberratsioonide ja müoopilise deformatsiooniga prilliläätsi, ühendades silmamudeli ja raamiklaasid ning simuleerib prillide silma optilist mudelit 300-kraadise müoopilise patsiendi jaoks. Kui kõrge järjekorraga aberratsiooni modulatsiooniüksus prillide jaoks ei seata, siis y-telje suuna defookustav väärtus -14 kraadiõppeväljal, mis vastab läätsede defookiva mikroliini defookustava läätsede välise pinna võimsuse muutusele staatilisel väljal, ja defokive-üksuse välise pinna võimsuse defokeerivat muutust on seatud 6-st dioptilisele väljale 6 dioptilisele väljale, 6 dioptivatsioonile, 6 dioptiiniga, 6-ni, mis on 6 dioptilisel väljal, 6 dioptiini. -28. 5 kraadi ~ 28,5 kraadi (1 kraadi sammuga). Selles artiklis käsitleti korrelatsiooni kõrge astme aberratsiooni modulatsiooniüksuse torilise mikrostruktuuri ja kõrge järgu aberratsioonide aluse kaare kumerusraadiuse vahel kavandatud prillides staatilise vaatluse all Y-suunas. Vastavad empiirilised valemid on loodud. See uurimistöö soodustab kõrge järgu aberratsiooni modulatsiooniklaaside väljatöötamist.Märksõnad:Kõrge järgu aberratsiooni modulatsioon, lühinägelikkuse ennetamine ja kontroll, silmamudel, prillide kujundamine

1. Sissejuhatus

Süstemaatiline järeluuring [1] näitab, et viimase 15 aasta jooksul on Ida-Aasia müoopia esinemissagedus kiiresti tõusnud, mis levib nüüd kogu maailmas. Mürooopia progresseerumissagedus varieerub erinevate vanuserühmade hulgas, nagu on näidatud joonisel 1: Mürooopia progresseerumissagedus 6–9 -aastastel lastel on -0. 50 kuni -1. Mürooopia keskmine progresseerumine enamikul müoopilistel patsientidel aeglustub aja jooksul, enamik inimesi stabiliseerub enne 20. eluaastat. Rahvusvaheline müoopiainstituut (IMI) teatas 2019. aastal, et umbes 87% -l lastest, kes kannatavad kõrge müoopia all 11 -aastaselt, tekivad lühinägelikud müoopiad 7 -aastaselt või noorematel, või on müoopia progresseerunud neljaks aastaks või rohkem [2]. Seetõttu on tulevikus visuaalse kahjustuse vähendamiseks ülioluline müoopia varajane ennetamine kooliealiste laste ja noorukite puhul.

Joonis 1. Murdumisvahetus lühinägelike laste seas vanuse järgi [2].

Neljas rahvusvaheline optika ja pilditöötluse konverents (ICOIP 2024), toimetaja Xiaotao Hao, Chuan Qin, Proc. SPIE VOL. 13254, 132541C © 2024 spie · 0277-786 x · doi: 10.1117/12.3039156

Proc. SPIE VOL. 13254 132541 c -1

Varasemad uuringud inimsilma kõrgtegevusega aberratsioonide kohta (HOA-d) on peamiselt keskendunud sellele, kuidas neid parandada (näiteks Suliman jt. Pehmete kontaktläätsede kavandamine 2019. aastal [3]), HOAS-i ja silmaga seotud tegurite vaheline seos [4,5], sarvkesta ümberkujundamise kirurgiat, kasutades kõrge järgu aberratsioone, ja HOAS-i mõju silmade raviks [6]. Tõendid näitasid, et HOA -d on märkimisväärselt seotud müoopia progresseerumise ja aksiaalse pikenemisega müooopiliste lastega, kes on parandatud monofokaalsete prillidega [7]. Arvestades kõrge populaarsuse eeliseid, odavate, mitteinvasiivse olemuse ja raamiprillide hõlpsa asendamise eeliseid, on nende potentsiaal laste ja noorukite müoopia progresseerumise aeglustamiseks ainulaadne eelis. Ja mitmepunktiline müoopia defookusega kujundatud klaasid: keskosaga, mis suudab selget nägemist korrigeerida, on läätse ümber mikrolehed, et tekitada perireetinaalset lühinägelikkusega defookust, lükates sellega edasi lühinägelikkuse progresseerumist, on see tehnoloogia edukalt turustatud. Kaugelt üritab see uuring kavandada prilliläätsi, mis võivad moduleerida müoopilise deformatsiooni põhjal kõrge järgu aberratsioone.

2. metoodika

2.1 silmamudel
Uuringu vundament hõlmas põhisilma simuleerimist optilise disaini tarkvara Zemax abil. Põhisilm muudeti LiOu silmamudeli [8] põhjal, tabelis 1 on kirjeldatud struktuuriparameetrid. Silmamudel oli konstrueeritud aksiaalse pikkusega 23,97 mm ja õpilase läbimõõt 4 mm. Analüüsi sujuvamaks muutmiseks ei eeldanud õpilasel kalduvust ega ekstsentrilisust.

Tabel 1. Silmamudeli struktuuriparameetrid.

Läätse esi- ja virtuaalse pinna eesmine pind põhineb standardsel pinnal ning söötme murdumisnäitajat saab vabalt määratleda, nagu on näidatud valemis (1).

Tabelis 1 vastab objektiivi eesmise pinna astme a n 0=1. 368, nr 2=-1. 978*10-3, nr 4=0, nr {7}}, nz {8}. 907*{10}. nz {2=-1. 5427*10-2, nz 3=0; Virtuaalse pinna grad b vastab n 0=1. 407, nr 2=-1. 978*10-3, nr 4=0, nr 6=0, nz {22} {{{{{{{23}, 605*}, 605*}, 605*}. nz 3=0.

2.2 Inimese silmade lainefrondi aberratsioon
Optomeetrias kasutatakse Zerike polünoomide esimest 6 järjekorda peamiselt inimsilma lainefrondi aberratsioonide esindamiseks. Ameerika Optilise Seltsi (OSA) [9] täpsustatud lainefrondi aberratsioonid vastavad Zemaxi tarkvara Zerike'i standardkoefitsientidele, nagu on kirjeldatud tabelis 2. See lähenemisviis võimaldab täpset ja standardiseeritud esitust silmade aberratsioone, hõlbustades täpsemat simulatsiooni ja analüüsi.

Tabel 2. Zerike standardse koefitsiendi aberratsiooni tähendus Zemaxis.

3. Mudelid ja andmed
(Nägemise paranduspiirkond) võib korrigeerida sfäärilisi ja silindrilisi murdumisvigu, mis on tüüpilised müoopiaga patsientidel. See on konstrueeritud vastavalt patsiendi prillide retseptile; 2, müoopia defookuseüksus (jaotatud mitme kumera sfäärilise mikroliiniga, mis on paigutatud ümmargusesse massiivisse), mis tekitab teatava astme müoopia defookust; 3, koosneb kõrge järgu aberratsiooni modulatsiooniüksus mitmest rõngastruktuurist, mis on seotud inimsilma HOA reguleerimisega. Prill -läätse välimise pinna skemaatiline diagramm on näidatud joonisel 2 (a), pöörde arvu ja riba järjekorraga suureneb läätse keskpunktist servani; Kolme optilise ühiku paigutussuhe on näidatud joonisel 2 (b), kus R tähistab radiaalset kaugust, mis asub xoy tasapinnal; Müopilised deformatsiooniüksused jaotuvad ümbermõõduga ühtlaselt ja jaotusintervallid samal radiaalsel kaugusel tähistab ühiku kaare pikkus. Ühiku kaare pikkuse seadistamine võib juhtida ühikute arvu ühiku mikroleenite arvu. Ühiku kaare pikkus, rõngavahed D, defookustatud ühiku mikrolenide läbimõõt D2 ja tsükli riba radiaalne laius D3 määravad ühiselt mikrostruktuuri tiheduse prilliläätsel.

Joonis 2. (A: vasakul) prilliläätsede skemaatiline diagramm; (B: paremal) Kolme ühiku paigutuse skemaatiline diagramm xoy tasapinnal.

1. samm: eeldusel, et lühinägeliku patsiendi väljakirjutamine on sfääriline diopter (3 d) ja silindriline diopter (0 d), avaldub patsiendi lühinägelikkuse kasv ainult aksiaalse müoopiana. Selle põhjal kavandati müoopiline silmamudel, mis saab ideaalis kasutada klaaskeha õõnsuse pikkuses muutusi, et kajastada silmamudeli müoopia astme muutusi. Retsepti kohaselt kavandati primaarseks peegliüksuseks ühe fookuse vasaku poolkuu negatiivne lääts, millel olid sfäärilised sise- ja välimised pinnad. Emapeegli läbimõõt on 60 mm, keskmise paksusega 1,3 mm; Emapeegli materjal on polükarbonaat (PC), murdumisnäitaja 1,56, ABBE arv 37 ja spetsiifiline raskusjõud 1,23 g/cm3. Põhjalikud struktuuriparameetrid on kokku võetud tabelis 3.

Tabel 3. Emapeegliüksuse struktuuriparameetrid.

Zemaxis seati ava tüüp ujuva ava suurusele, mille õpilase läbimõõt oli 4 mm, ja varba tüüp seati ühtlaseks; Seadke kolm vaatevälja (FOV) ja kohandas vastavalt nende raskusi: 0 kraadi FOV-l anti y-suunas kaal 1, 1 0 kraad fov kaal 0. 2 ja 14 kraadi kaal 0. 15. Hele nägemise korral võttis lainepikkus ühe lainepikkuse 0,555 μm. Muud andmed põhinesid tabelis 1 esitatud silmamudeli põhiandmetel. Silmamudeli klaaskeha paksust käsitleti muutujana ja ema lääts pandi sarvkesta tipu ette 12 mm ette, et optimeerida klaasisilma optilist mudelit. Selle konfiguratsiooni tulemuseks oli klaaskeha pikkusega umbes 17,306 mm ja kogu aksiaalse pikkusega 25,036 mm.

2. samm: y-suuna FOV valimine 14 kraadi peamiseks kiirsuunaks järgneva optilise seadme kujundamiseks, sama materjaliga kui emapeegliühik. Algselt oli vaja määrata Y-suuna koordinaat, kui peatäidist väljaspool asuv peamine valgus ristub primaarse peegli välispinnaga, et määrata radiaalne kaugus, kui esimese mikrostruktuuri tipu normaalne normaalne mikrotehaste Y-suunas Müroosse defokuseüksuse y-suunas on MOME Mirrose y-suunas. Seejärel määrati emapeegli välimise pinna vaatevälja ava, nagu on kujutatud joonisel 3 kohalikul laiendatud pildil. Kasutades Zemaxis Reay ja Reazi operande, kombineerituna normaliseeritud FOV ja normaliseeritud õpilase seadetega, oli radiaalne kaugus r 3,8 {10}} 2 mm, ∆ ∆ ∆ mm. Pythagorase teoreemi kohaselt läbis kiirte ava y-suunast teljel -14 kraadi FOV-ga emapeegli välispinnal umbes 4,3186 mm.

Joonis 3. Osaline skemaatiline diagramm väljalülitatud telje välivälja emapeegli jaoks valguse ülekande jaoks.

Yooopia defookuüksuse esimese ringi ja Yoz -tasapinnas Yoz -tasapinnas asuva ema peegli välispinna ja Yozi suuna välimise pinna positsioonisuhet saab illustreerida joonisel 4. Emapeegli välimise pinna kumerusraadiust tähistatakse kui r1, kui defokosüksuse kumer -raadiust on demonstreeritud, kui Denoted on Denoted Denoted Denoted Denoted. D2 ja vektori kõrgust mikroläätse tipust kuni emapeegli välispinnani tähistatakse kui G2. Mikroleenite keskmise asendi saab määrata pikkuse F2 ja pöörlemisnurgaga 𝜃, mille saab arvutada järgmise valemi abil:

Joonis 4. Osaline skemaatiline diagramm väljalülitatud telje välivälja emapeegli jaoks valguse ülekande jaoks.

Seadke defookuse ühiku mikrolenide pinnakuju sfääriliseks (6 päeva opikaalne võimsus ja 2 mm läbimõõt) ning mikrostruktuuri esimese ringi radiaalne kaugus on 3,802 mm; Kõrgetasemelise aberratsiooni modulatsiooniüksuse tsükli riba mikrostruktuuri algpinna algpinna esialgne kuju määrati toricus, mille põhikaare võimsus oli 4 d ja radiaalne Proc. SPIE VOL. 13254 132541 c -5 laius 1,5 mm (D3). Yoz -tasapinna aluse baaskaare keskse positsiooni arvutuspõhimõte on sama, mis valem (2) kuni (4). Aluskaare keskse asendi saab määrata pikkuse F3 ja pöördenurgaga 𝜃. kumerusraadiuse (R3) ja vektori kõrgusega (G3) aluse kaarest välispinnal kuni emapeegli välispinnani. G {2=3. 572 μm, G 3=1. 004 μm seati külgnevate rõngaribade vaheline intervall 3,8 mm, prilliläätsed on seatud 6 rõngaga ja ühiku kaare pikkus 4 mm. Mikrostruktuuri positsiooni võrdlusandmed olid üksikasjalikud tabelis 4.

3. samm: kasutades 3D CAD tarkvara SolidWorks, lõpetas esialgsete prilliläätsede modelleerimise. Peamised ja vasakpoolsed vaated olid kujutatud joonisel 5 ning esialgse konstruktsioonilise ema läätse keskse visiooni korrigeerimise pindala läbimõõt on umbes 5,604 mm.

Tabel 4. YOZ ristlõike läätse mikrostruktuuri positsiooni andmed.

Joonis 5. Prilliläätsede algstruktuur - esi- ja vasakpoolsed vaated.

4. tulemused ja analüüs

Precreglassi objektiivi optilise jõudluse uurimine, mis sisaldas algselt ainult ema läätse, näitas, et y-telje suunas defookuse väärtus -14 kraadi FOV-is klaasisilmse mudeli staatilises vaateväljas oli 0. 047987 λ, näitlejat, mis oli tagatud. Arvestades, et emapeegli välimise pinna võimsus on 2 päeva, otsustasime uurida müoopilise defookuse üksuse välispinna optiliste jõudude vahemikku vahemikus 4–10 päeva, suurenedes 1 päeva sammuga, lisamata suure järgu aberratsiooni modulatsiooniüksust. Vaadeldud defookuse olukord võeti kokku tabelis 5. Z4 defookusega seotud andmed näitasid lineaarset suhet, mis võimaldas meil kasutada valemit (5) lainefrondi defookuse hindamiseks müoopilise defookuse üksuse erineva jõu korral staatilise vaatluse {{14} astme alal. Siin toimis müoopilise defookuüksuse välispinna optiline võimsus x sõltumatu muutujana, samas kui vastav Z4 defookuse väärtus toimis sõltuva muutujana.

Tabel 5. Staatiline vaateväli telg -14 VAADE ARVUD VÄLJA DEFOCUSE ANDMED koos muutustega optilise võimsusega.

Seadke defokuseüksuse mikrolenide välispinna võimsus 6-le, ilma et seada kõrge järgu aberratsiooni modulatsiooniüksust. Staatilise vertikaalse vaatevälja defookuse variatsioon vahemikus -28. 5 kraadi kuni 28,5 kraadi, astme suurusega 1 kraadi, nagu on kujutatud joonisel 6. Koordinaatide vertikaaltelg on defookuse kogus lainefrondi abersiooni kujul. Selles artiklis näitab Z4 positiivne väärtus, et defookuse summa asub võrkkesta ees, samas kui Z4 negatiivne väärtus näitab, et defookuse summa on paigutatud võrkkesta taha. Läätsede paigutuse sümmeetria tõttu on defookuse jaotus vertikaalses vaateväljas ligikaudu sümmeetriline, samas kui horisontaalses vaateväljas on defookuse olukord sarnane.

Joonis 6. Staatiline vertikaalne vaateväli defookuse muutmise kaart.

Emapeegli ja müoopia defookuse algne struktuur jäi muutumatuks, säilitades samal ajal kõrgema järgu aberratsiooni modulatsiooniüksuse toroidaalse pinna mikrostruktuuri radiaalse laiuse ja muutus TORC-i aluse kaare kumerusraadius. Selle eesmärk oli analüüsida aluse kaare kumerusraadiuse R3 ja kõrgema järgu aberratsiooni koguse vahelist seost y-suuna -14 väljaõppe staatilise kraadiõppe järgimisel.

Uuringus valiti kokku 9 andmepunkti, sealhulgas põhikõvera võimsus 3,7 D, 4 D, 4,5 D, 5 D, 5,5 D, 6 D, 7 D, 8 D ja 9 D, et tagada arvutatud kumerusraadiuse sujuv langus. Kui põhikõvera võimsus oli 10 päeva, on defookustatud ühiku mikroleenite kõrgeim punkt madalam kui kõrge astme aberratsiooni modulatsiooniüksuse mikrostruktuuril, mis ei olnud modelleerimisega kooskõlas.

Salvestas läätse Zerike standardtermini koefitsientide väärtused ainult emapeegli ja defookuse ühiku mikroleenitega y-suunas -14 kraadi FOV-ga. Zemaxi massikeskme lainefrondi aberratsiooni väärtuste RMS kõrvaldab nihke ja kallutamise mõju. Neid kõrvaldades saab selles väljal silma HOA -de RMS (juure keskmine ruut) kindlaks teha 0. 932937 λ (0. 555 μm), mida hoitakse kuue kümnendkohani. Salvestas mitu suure järgu aberratsiooni komponenti, mis võivad olla seotud müoopia edasilükkamisega, algväärtusega tähistatakse kui Zi 0, kus ma tähistan Zemaxis Zernike standardtermini koefitsientide järjestamisjärjestust. Vertikaalne kooma z7 0 oli -0. 141717 λ, horisontaalne kooma z8 0 oli 0. oli 0 λ, sfääriline aberratsioon Z110 oli -0. 454283 λ, horisontaalne sekundaarne atigmatism Z120 oli -0. 005588 λ, kallutatud sekundaarne atigmatism Z130 oli 0-tellimus horizontal Comaz0. λ, teise astme vertikaalne kooma z170 oli -0. 008084 λ, sekundaarne sfääriline aberratsioon Z220 oli 0,362791 λ.

Erinevate baaskaare kumerusega raadiustega prilliläätsede modelleerimine kõrgema järgu aberratsiooni modulatsiooniühikute jaoks ja kõrgema järgu aberratsiooni andmete registreerimine y-suunas -14 kraadi FOV-il staatilise vaatluse ajal klaaside optilise süsteemi korral, nagu on näidatud tabelis 6. Käsitletud aberratsioonis sisalduv aberration. Moduleerivate aberratsioonide arv. (Zi-zi 0). Andmete regressioonianalüüs näitas, et toroidaalse pinna aluse kumerusraadius R3 oli seotud vertikaalse kooma, kallutatud trefoili, sfäärilise aberratsiooni, horisontaalse sekundaarse atigmatismi, teise astme vertikaalse kooma, sekundaarse sfäärilise aberratsiooni ja kogu järgu aberratsiooniga. Joonisel 7 on näidatud kuue kõrge astme aberratsiooni ja R3 hajumisrühmade jaotus ja regressiooniliinid, kus kallutatud trefoili juurdekasvu ja sfäärilise aberratsiooni juurdekasvuga on lineaarne seos aluse kaare kumerusraadiusega ja juurdekasv väheneb aluse kaare kumerusraadiuse suurenemisega. Vertikaalne kooma juurdekasv, horisontaalne sekundaarne astigmatismi juurdekasv, teise astme vertikaalne kooma juurdekasv, sekundaarne sfääriline aberratsiooni juurdekasv ja kogu järjestikuse aberratsiooni kogukasvatus on mittelineaarselt korrelatsioonis R3-ga. Empiirilist valemit saab näha võrranditest (6) ~ (12). Horisontaalse kooma, horisontaalse trefoili, kallutatud sekundaarse astigmatismi, teise astme horisontaalse kooma ja kõveruse R3 raadiuse vahel pole olulist seost. Võib ette kujutada, et võime moduleerida spetsiifilisi aberratsioone, reguleerides mikrostruktuuri kumerust täpselt, rõhutab potentsiaali luua tõhusamaid ja kohandatud prilliläätsi lühinägelikkuse haldamiseks.

Tabel 6. Staatiline vaatlus y-suunas -14 vaateväli kõrgtegevusega aberratsiooni standardse lainefrondi andmed.

Joonis 7. Osalise kõrge järgu aberratsiooni hajumise graafikud ja regressioonijooned suurenevad põhilise kaare kumeruse raadiuse funktsioonina.

Kehtestas korrelatsiooni aluse kaare kumerus R3 raadiuse ja Zernike'i standardi polünoomi väljendatud lainefrondi aberratsiooni vahel (vt joonis 7). R3 vahemik on vahemikus 62,2222222 mm kuni 151,351351 mm, empiiriline valem oli järgmine:

Võrrandis tähistab regressioonivõrrandi kohtukoefitsienti ja mida lähemal on selle väärtus 1 -ni, seda suurem on võrrandi sobivuse aste.

5. Järeldused

Selle artikli eesmärk on uurida kõrge järgu aberratsioonide moduleerimist kavandatud klaasides ja nende mõju müoopilisele deformatsioonile. See pakub välja kujunduse, mis ühendab silmamudeli ja raamiprillid, et simuleerida 300- astme müoopiliste patsientide optilist mudelit. Uuringus uuritakse korrelatsiooni kõrge astme aberratsiooni modulatsiooniüksuse TORIC mikrostruktuuri ja staatilise vaatluse korral. See uurimistöö aitab kaasa suure järgu aberratsiooni modulatsiooniklaaside väljatöötamisele, pakkudes väärtuslikku teavet lühinägelikkuse ennetamise ja kontrolli kohta.

Viited

[3] Suliman A, Rubin A. Corrigendum: ülevaade inimsilma kõrgema järgu aberratsioonidest. Aafrika visioon ja silmade tervis. 2019, 78 (1).

[4] Rebika D, Divya S, Murugesan V jt. Sarvkesta biomehaanilised omadused ja silmahälbed müoopilistes silmades. India ajakiri Ophthalmology. 2023 15. detsember.

[5] Hassan H, Shima M, Alireza J, et al. Seos silma biomeetriliste komponentide ja sarvkesta aberratsioonide vahel. Kliiniline eksperimentaalne optomeetria. 2023 16. oktoober, 1-7.

[6] KJL, JSV, Sin-Wan C jt. Ortokeratoloogia kokkusurumisfaktori mõju silma kõrgema järgu aberratsioonidele. Kliiniline eksperimentaalne optomeetria. 2020,103 (1), 123-128.

[7] Hiraoka Takahiro, Kotsuka Junko, Kakita Tetsuhiko, Okamoto Fumiki, Oshika Tetsuro. Seos kõrgema järgu lainefrondi aberratsioonide ja lühinägelikkuse loomuliku progresseerumise vahel koolilastel. Teaduslikud aruanded. 2017, 7 (1).

[8] Liou HL, Brennan N A. Anatoomiliselt täpne. Piiratud mudelisilm optilise modelleerimise jaoks. Opt soc am opt pilt sci vis. 1997, 14. august (8), 1684-95.

[9] Ophthalmikameetodid silmade optiliste aberratsioonide teatamiseks. ANSI. Z80. 28-2017, 2017-08-21.