006 角膜接触镜光学 - 角膜接触学

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006 角膜接触镜光学

2009-11-28 14:51:50 来源:网络作者:admin 【大中小】浏览:90686次评论:0条

角膜接触经既是一种属于高分子材料的用品，又是一种用于矫正屈光的光学器具，要深入了解和掌握角膜接触镜方面的知识和技能，就必须了解与它有关的光学理论和特性，虽然角膜接触镜在光学特性方面与框架眼睛有许多相似之处，但又有其特殊的方面。本节介绍与角膜接触镜相关的光学知识，包括阐述镜片与眼结合的光学特点。
角膜接触镜光学几乎包括了一切与眼科和视光学有关的光学方面问题，但作为光学基础，主要还是几何光学方面的知识。
一、角膜接触镜屈光力的计算
由于角膜接触镜屈率很小，从镜片的曲率与轴性厚度关系来看，角膜接触镜应被看成“厚”镜片。即在计算镜片表面屈光力时，应将镜片的厚度考虑在内，而不是将其作为“薄”镜片而将厚度忽略不计。
一般是这样来计算：角膜接触镜的后光学曲率半径（BOZR）是固定的（与角膜相匹配）；镜片折射率（n）由材料确定；轴性厚度（tc）由镜片设计确定；镜片的后顶点屈光度（BVP）是由前光学区的曲率半径（FOZR）来确定，所以角膜接触镜屈光力计算的关键就是求出前光学区的曲率半径（FOZR）。

此主题相关图片如下：

如上图1-12所示，我们可以采用简单公式：Fv’=Fao+Fo –(tc/n)FaoFo来计算，这里
FV'（BVP）=－8.00D
rO（BOZR）=8.00mm
tc= 0.30mm（计算时用米）
n=1.49
rao（FOZR）=？
由于这里ro用毫米，所以
Fo=1000(1－n)/ro
得：Fo=－61.25D
将结果代入

此主题相关图片如下：

得：Fao =52.69D
这样：FOZR(rao)=1000(n-1)
rao=9.30mm
如果此时不考虑镜片厚度的话，Fao=53.25D,与实际度数有明显的差异。

二、泪液镜屈光力
在配戴硬镜时，角膜接触镜对眼的总有效度数是镜片屈光度加上镜片与角膜之间泪液层所产生的有效度数的总合。图1-13所示，镜片的曲率大于角膜曲率时，会产生一个负屈光度的泪液效果，反之则产生正屈光度的泪液镜效果。我们可以把角膜接触镜和泪液镜想象成两个分别存在于空气中的镜片，这样就容易计算它们的度数。

此主题相关图片如下：

例如：硬镜的BOZR为8.0mm,配戴在角膜上，该角膜的角膜曲率计读数为7.8mm，这时泪液镜的度数为多少？
首先要考虑泪液的折射率，一般取1.336，这样在空气中：
泪液前表面的屈光度=1000（n-1）/rao=336/8,0=+42.00D；
泪液后表面的屈光度=1000（1-n）/ro=-336/7.8=-43.08D；
所以泪液镜的屈光度数为－1.08D，如果如果硬镜的度数为－4.00D，戴在角膜上的有效屈光度为－5.08D。
由上述计算我们可以得出一个粗略的关系式：在配戴硬镜时，镜片BOZR与角膜曲率读数相差0.05mm时，会产生0.25D的泪液镜。这条关系式在应用时应谨慎，特别是用于超陡或超平坦角膜时，该关系式会失去其准确性。

三、散光的矫正和环曲面镜片
应用球性硬镜矫正角膜散光时，效果极佳。角膜折射率为1.367，泪液的折射率为1.336，从这个关系式中我们可以看出，球性镜片只能中和336/376×100%=90%的角膜散光，但是，一般都这样认为，角膜的后表面中和了大约10%由角膜前面产生的散光。
例如：一球性硬镜的BOZR为8.00D，角膜的曲率读数7.50mm和8.00mm。由于镜片的后表面和泪液镜的前表面均为球性，所以在计算散光时不必将它们考虑在内。
角膜：折射率为1.376,散光：（50.13－47.00）=3.13D
泪液后面：折射率为1.336，散光：－(44.80－42.00)=－2.80D
据估计角膜散光的10%（－0.31D）由角膜的后表面来矫正。在这种情况下，未被角膜接触镜矫正的散光称为残余散光。
但是球性硬镜并不能矫正所有的散光，在这种情况下可以用环曲面角膜接触镜，这种镜片的后曲率与角膜匹配，此时可以忽略泪液镜的度数。
角膜：折射率为1.376；散光为（50.13－47.00）=3.13D
角膜接触镜后面：折射率为1.490；散光为－(65.33－61.25)=－4.08D
在这种情况下，镜片折射率越高，诱发产生的散光越高，所以只好按照镜片前面加环曲面来矫正矫正剩余的散光。

四、角膜接触镜的有效屈光度

框架眼镜与角膜的距离一般为10~15mm，而角膜接触镜贴在角膜上，这样矫正相同屈光不正度数眼时，所需角膜接触镜的屈光度数和框架眼镜的度数就不一样，如图1-14所示，镜架平面离角膜顶点距离为d，将远物聚焦在远点（MR），所需的镜片焦长为fs，即镜片的焦点F'与MR共轭。
此主题相关图片如下：

眼离MR的距离为k，其倒数K为眼的屈光度，眼屈光和眼镜屈光的关系为：
此主题相关图片如下：

例如，一眼镜处方为－8.00D，离角膜13mm，那么这时眼顶点的屈光度－7.25D；同样，眼镜处方为+8.00D时，则眼顶点的屈光度为+8.93D；再如，眼镜处方为－4.00D，眼顶点的屈光度为－3.80D。
通过上述公式计算可以得知，屈光度低于±4.00D差异较小，临床上可以忽略距离效应，大于±4.00D时，要考虑镜片的距离效应。

五、角膜接触镜的放大效应
框架眼镜和角膜接触镜所产生的视网膜像放大差异在临床有重要意义，与矫正镜片有关的放大效应主要有两种：眼镜放大和相对眼镜放大。
1．眼镜放大眼镜放大率定义为：参看无穷远处物体时，已矫正的非正视眼中的视网膜像大小，对于未矫正眼中的像大小之比。
图1-15显示一近视眼看所对角度为ω的轴上远物的情形。折射力为D的矫正透镜置于眼镜点S上，在其与眼睛的远点面重合的第二焦面上，形成一个直立的虚像。此像在S处所对角度为ω，但在眼睛入射光瞳中心E处对着较小角度。没有戴矫正透镜时，物体应在E处对着角度ω。可以把眼镜放大率表达如下：
此主题相关图片如下：

令在F'处的虚像高度=h'Se=a米。则

此主题相关图片如下：

从而，眼镜放大率=tgω'/tgω=－f/（－f+a）
=1/（1－aD）=（1+aD）
从等式中可以看出，眼镜放大率，对于正透镜而言，总是大于1，对于负透镜，总是小于1。显然，对某特定眼睛而言，无论眼镜戴在何处（除非在入瞳平面上，但这是不可能的），其戴镜前后的视网膜像的大小是不相等的。
当使用角膜接触镜来矫正非正视眼时，等式的距离是小的，约3mm左右，则眼镜放大率与1的差异很小，甚至在较高的非正视眼也如此。对于用薄透镜置于入射光瞳15mm处来矫正与对于置于离入射光瞳3mm处的角膜接触镜（假设都是薄的）的眼镜放大率的曲线，如图1-16。对于高度近视眼用角膜接触镜矫正的优点。从这些曲线可以看出，应是明显的。例如，当眼镜屈光度是－16.00时，对于框架眼镜的眼镜放大率是0.81，而对于角膜接触镜是0.96，也就是说，用角膜接触镜时视网膜像约较普通眼镜时放大18.5%。

此主题相关图片如下：

在至此为止的讨论中，我们都假设了“薄透镜”，也就是说，在实际上有一定厚度、后顶点度折射力DV'的透镜，简略为折射力DV'置于真实透镜后顶点上的假想的薄透镜。如果考虑到形式和厚度，则能显示如下：
此主题相关图片如下：

式中Dl为透镜前面折射力
2．相对眼镜放大相对眼镜放大（RSM）定义为：参看远物时，在已矫正的非正视眼中的视网膜像对正视模型眼的像之比。此处没有模糊像的问题。相对眼镜放大可从以下变量推算表达：

此主题相关图片如下：

F：眼的等量屈光度/矫正眼系统（由某非正视眼和其眼镜所组成的光系的等价折射力）；
Fo：正视模型眼的屈光度；
Fe：非正视眼的屈光度（某眼睛的等价折射率）；
Fs：眼镜屈光；
d：眼镜背面离眼的主点的距离；

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放大效果在实际应用中主要有以下几方面：
（1）近视：如图1-17所示，随着近视的增加，角膜接触镜矫正后的像比等量普通眼镜矫正的视网膜像也逐渐增大，这对增进视力有用。
此主题相关图片如下：

（2）无晶体眼：白内障摘除后，视网膜像增加的百分比会引起视网膜像大小的明显改变，晶体摘除后戴框架眼镜，视网膜像增加20%~50%，如戴角膜接触镜，可能分布范围为±2%。
无晶体眼配戴角膜接触镜可产生双眼视，如果此时用框架眼镜，由于像大小的侈开而无法产生双眼视。
（3）屈光参差：为了使视网膜像大小接近，对于轴性为主的，框架眼镜是最好的矫正形式；如果是屈光性为主的，角膜接触镜是最好的形式。
（4）显著性散光：在显著性散光眼中，两条子午线的眼镜放大率不均等，造成视网膜像的变形，角膜接触镜可明显减少此现象，但配戴者需要一段时间来适应戴角膜接触镜后新的视网膜像。

六、戴角膜接触镜时的调节
当看近物时需作适当的调节才能看清。看清近物的调节需求，在戴框架眼镜和戴角膜接触镜时存在差异。
1．框架眼镜由于框架眼镜距离角膜顶点一定距离，即顶点距离，以至近物至角膜处的聚散度不同于正视眼。

此主题相关图片如下：

如图1-18示，近物O至眼镜的聚散度Vg为：
此主题相关图片如下：

近物O经眼镜（屈光力P）成像于O'，像O'至眼镜的聚散度Vg'为：
Vg'=Vg+P
像O'至角膜处的聚散度Ve

此主题相关图片如下：

眼的屈光不正度R与眼镜屈光力P的关系式如下：

此主题相关图片如下：

戴眼镜时对近物调节Ag为：Ag=R－Ve
经简化，可得近似公式：
此主题相关图片如下：

举例：一近视眼，配戴－6.00Ds框架眼镜，镜面离角膜距离12mm，近物离眼镜距离250mm，代入上式，得调节为3.33D。
2．角膜接触镜由于角膜接触镜离眼的主点的距离极小，可忽略不计，所以戴角膜接触镜时对近物的调节量Ael与正视眼基本相同。
Ael = －Vs = －1/s
举例：一近物放在眼前262mm处，产生的调节：Ael = －1/s = －1000/－262 = 3.82D。

七、戴角膜接触镜时的集合
由于角膜接触镜随眼球而转动，故看近物时的集合需求与正视眼相同，戴框架眼镜看近物时，由于视线向内，从而偏离眼镜光心，产生棱镜效果，从而改变了集合需求。
如图所示，看近物时视线通过透镜处产生的棱镜效果L（以棱镜度为单位）为：
此主题相关图片如下：

上式中i为瞳距，单位为厘米；e为眼镜至眼转动中心的距离，以米为单位。

此主题相关图片如下：

一般近物位于眼前正中，两眼视线通过透镜处的偏心距离相等（见图1-19），故总棱镜效果LT为：

此主题相关图片如下：

举例：框架眼镜度数为-4.00D，近物离眼距离为320㎜，镜面至眼转动中心的距离为27㎜，瞳距为60㎜，则集合量为：L=-1.964△（负值为底朝内）。这说明此时框架眼镜使集合需求（比正视眼或戴角膜接触镜眼）减少1.964 △，在远视眼正好相反，配戴框架眼镜时调节和集合需求（比正视眼或戴角膜接触镜眼）增加。

八、视野

当眼睛处于静止状态时配戴框架眼镜的视野取决于瞳孔入口中心与眼镜片边缘所成的角对边和镜片的类型。当眼睛处于转动状态时，配戴框架眼镜的视野取决于眼的旋转中心与眼镜片边缘所成的角对边和镜片的类型，两者有所不同（见图1-20）。

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对于远视眼，环形视野“盲区”取决于眼镜片和框架不同的视野限制和正镜片的光学特征，因为正镜片缩小视野使得某些区域无法看见，“环形盲区”的量取决于镜片的度数和框架的厚度。
对于近视眼，环形视野“复像”产生于眼镜片和框架不同的视野限制和负镜片的光学特征，因为负镜片比正镜片的视野大，一些区域的影像可以清楚在镜片范围以内看见，而同时在镜片外面的区域被模糊的看见，这种“环形复像区”的形成取决于镜片的度数和框架的形态和厚度。

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责任编辑：peijingshi

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