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將前導波技術應用於隱形眼鏡

(2013-12-11 19:35:59)
标签:

前導波

隱形眼鏡

3c產品

解析度

視網膜螢幕

健康

視全專業技術部

黃家澄MOptom,B.Optom/林文賓Optom.(Dip.) MS, FIACLE 

 

3C產品紛紛主打「高視覺解析度」或甚至所謂「視網膜螢幕」後,我們可以發現,現在人們對於視覺品質的要求越來越精細,很多人不僅僅是要「看得到」,更要「看得好」。前導波技術(wavefront)現在已經廣泛被應用在雷射屈光手術上,為的是要消除視覺系統內原本存有的像差,以提供術後更銳利的成像品質。事實上,決定我們所謂視覺「銳利度」的重要因素之一即是在於像差的多寡。而像差又可分為低階像差高階像差。一般光學鏡片可以成功消除低階像差(而這也是影響視力最嚴重的部分),消除低階像差後就可以讓我們「看得到」了!那至於要如何「看得好」呢?則要仰賴高階像差的處理技術了。雖然高階像差對視力的影響程度不大,但消除高階像差後卻可以顯著提升影像的銳利度。前導波技術可以針對眼睛光學系統內所存在的高階像差來做「點對點」的消除,讓每一個成像點都精確的落在視網膜上。既然這項技術已經成功運用在屈光手術上,那是否可以用於隱形眼鏡設計呢?

 

將前導波技術應用於隱形眼鏡

將前導波技術應用於隱形眼鏡

我們都知道,硬式隱形眼鏡能夠提供比軟式隱形眼鏡更銳利的視覺品質,其實就是因為硬式隱形眼鏡其不含水的材質以及淚鏡效應,能夠消除小部分的高階像差。再搭配上現在的新式鏡片設計,而能夠讓影像更為銳利。但畢竟一般硬式隱形眼鏡消除高階像差的能力有限而且無法量化,所以這點還只能屬於硬式隱形眼鏡的附加價值之一。但現在隱形眼鏡的設計者,不管是軟式或硬式,都在試著設計出可以大幅度消除高階像差的隱形眼鏡。本期的專欄將為您整理近年來前導波隱形眼鏡的研究及發展,並簡單的說明何謂「高階像差」以及臨床上的運用。

 

何謂像差(Wavefront Error 在實務運用上常說的「屈光不正(refractive error)」通常是指球柱面的光學誤差(spherocylindrical error),而這種球柱面光學誤差是可以透過一般驗光程序,用自覺式驗光儀或是試鏡架來量化的。然而,人類眼睛的光學系統所產生的屈光誤差是相當複雜的,球柱面光學誤差事實上只佔了眼睛總光學誤差的一部份而已。研究發現,就算在沒有屈光不正的眼睛中,仍然存在著許多「非」球柱面的光學誤差。但幸運的是,「非」球柱面的光學誤差通常對視覺不會有太大的影響,而球柱面光學誤差只要藉由驗光程序矯正後,大部分的患者也都能獲得良好的視力。 但對於角膜形狀較特殊的患者,例如圓錐角膜、清澈性角膜邊緣變性(pellucid marginal degeneration)、眼球外傷、或是曾接受過屈光手術但仍需要矯正的患者而言,因為他們的角膜形狀比較複雜,所以也會產生較多高階像差。就算我們消除了一般驗光程序所能檢查出來的低階像差,對這些患者的幫助還是有限。若能藉由前導波技術來分析這些患者的眼內像差,並進一步消除高階像差後,他們的視力就能夠比配戴一般鏡片來得好了!

 

將前導波技術應用於隱形眼鏡

如何測量像差?        

如果只要測量低階像差,也就是球柱面誤差,我們只要知道diopter(D)和軸度(axis)就可以了。但如果要測量總像差的話,我們需要更全面性的數據及方法。現在最常用來測量眼內總像差的儀器是依據ANSI Z80.28-2004方法設計的Zernike polynomialZernike polynomial雖然可以精確測量出低階及高階像差,但因為它會統計出一連串的數據,需要使用者自己去分析,比較複雜又耗時,所以在臨床上的實用性並不高。因此,在臨床上比較實用的一項技術之一是利用「前導波像差地圖儀(Wavefront error mapping)」來統整分析眼內像差,並將想要偵測的像差種類轉換成類似角膜地圖儀一樣的3D彩色圖譜。並且,它也能夠依據瞳孔的大小來給予像差一個量化的數值。        

 

1為一位圓錐角膜患者的前導波像差地圖。

1a顯示出眼內的球差(defocus),我們可以看到球差是一個同心圓式的對稱像差,因此可以輕易地用一般的鏡片或是軟硬式隱形眼鏡矯正。

1b顯示出同一位患者眼內的柱面像差,看起來似乎比球差複雜一些,但因為它還是對稱的,所以可以用散光鏡片或是軟式散光片來矯正。

1c則是顯示出這個圓錐角膜病人眼內的總像差值。

您會發現,當我們實際觀察總體像差時,像差圖形變得十分複雜而且不對稱。就算利用球柱面透鏡矯正後,仍殘留相當多的高階像差,因此視力表現不會太理想。        

 

Pantanelli等人在2007年所做的研究發現,圓錐角膜患者的眼內總像差值為一般人的5.5倍,就算利用框架眼鏡矯正後仍然留有相當高的高階像差。這也就是為什麼圓錐角膜的病人配戴一般眼鏡比較難有良好視力的原因。

 

將前導波技術應用於隱形眼鏡

可補償高階像差的隱形眼鏡

       

所有種類的隱形眼鏡都能夠解決某部分的像差。例如軟式球面隱形眼鏡能夠矯正球差(也就是俗稱的近視、遠視)但卻無法矯正柱面像差(散光)以及高階像差。散光軟式隱形眼鏡能夠矯正球差和柱面像差,但無法矯正高階像差。而硬式隱形眼鏡由於有淚鏡效應,只要散光值不要太高,就可以一起解決球差和柱面像差。但因為大部分人的眼內像差中,球差和柱面像差佔大多數,因此一般的軟硬式隱形眼鏡大多能符合多數人的需求。然而,值得注意的是,散光型軟式隱形眼鏡雖能矯正球差和柱面像差,但因為它表面形狀變得比較扭曲,反而有可能產生更多的高階像差。這就是為什麼有些人配戴軟式散光片時的視力會略微下降的原因。

       

對圓錐角膜患者來說,硬式隱形眼鏡是最常見而且是現在醫師最建議的矯正方式。硬式隱形眼鏡不僅能夠提供患者角膜一個新的表面,讓光線能夠產生一致的折射,鏡片下的淚鏡也可以幫助填補角膜不平整的區域,進而減少高階像差的產生。因此,硬式隱形眼鏡不管是應用於特殊角膜患者或是一般的使用者,都能夠提供比軟式隱形眼鏡,甚至是框架眼鏡更好的視覺品質。雖然硬式隱形眼鏡可以矯正大部分的高階像差,但卻還是無法完全消除它。並且硬式隱形眼鏡所消除的高階像差總量並無法量化或是針對某種特定的像差來做消除。但,有沒有方法能完全消除這些高階像差呢?

 

客製化高階像差矯正技術

       

目前許多學者正在努力發展各種能夠消除高階像差的矯正鏡片。例如Sabesan等人在2007年發表了一款軟式隱形眼鏡能夠消除圓錐角膜患者的像差達3個單位。這個鏡片利用所測量出的像差(2a),在鏡片表面製作出可以抵銷這些像差的設計(2b),來達到完全抵銷像差的效果(2c)。這完全量身定做的鏡片只能給這位患者的那隻眼睛使用!在這項研究中,Sabesan發現使用高階像差矯正技術的鏡片能夠比一般散光軟式隱形眼鏡提升兩行的視力表現。

 

將前導波技術應用於隱形眼鏡
但當軟式隱形眼鏡研究人員致力於發展消除高階像差的隱形眼鏡時,他們必須面對的最大挑戰是:要如何與硬式隱形眼鏡的矯正效果相抗衡?Marsack等人的研究發現,利用客製化的高階像差矯正軟式隱形眼鏡的確能夠達到接近一般硬式隱形眼鏡的視力表現。但由於這種高階像差矯正技術所費不貲,目前還無法與硬式隱形眼鏡的市場潛力相對抗。       

       

或許您會覺得以上介紹的鏡片離實際應用還是太遙遠,但各方研究人員正在努力將這種技術導入到日常應用中。而這種鏡片到底在市場上的潛力為何呢?就患者的角度來看,高階像差矯正鏡片可以提供他們銳利的影像品質,讓視力更佳清晰。就驗配者的角度而言,這種鏡片則是驗配上的利器之一,可提供一個特別的選項給極度要求視覺品質的消費者,增加自己本身的競爭力。但是此種鏡片將來的收費、成本、壽命、保養以及舒適度都必須要列為評估的考量。因此,雖然日後每一種鏡片都將朝向消除高階像差的目標發展,但是它也許無法完全取代掉現行的任何一種矯正方式。

 

結語

 

究竟高階像差矯正技術在未來可否成功納入常規的隱形眼鏡選項呢?誠如之前提到的,每一種隱形眼鏡都或多或少矯正了一些像差。硬式隱形眼鏡在角膜前重塑一個新的表面,並利用淚鏡效應來減少高階像差。雖然它無法完全消除,但對視力已有明顯的改善。軟式隱形眼鏡能夠產生客製化處方來消除個體眼內的總像差,目前鏡片公司以及鏡片設計者正在積極地將此技術導入臨床使用。一些對於視覺品質極度要求或是不規則角膜的患者,高階像差矯正技術確實可以滿足他們的需求。然而在這項技術尚未廣泛應用於市面上前,驗配者還是需要替消費者選擇最適合的鏡片來滿足他們的視力需求。但我們應該都要知道,未來隱形眼鏡的走向將會越來越客製化,而追求更完美的視覺品質更是消費者未來的訴求要點。因此,不斷更新隱形眼鏡在設計上的進展,將會是您在這產業中立足的一個重要根基!()

 

參考資料

1. Marsack J. Incorporating Wavefront Error Correction in Contact Lenses. Contact Lens Spectrum. 2012;September:26-9.

 

2. Meister D, Wavefront aberrations and spectacle lenses, Dispensing Optics, 2012 Feb

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