眼球的角膜和晶狀體包含扭曲視網(wǎng)膜上形成圖像的光學(xué)像差

研究人員報(bào)告了一種新的成像系統(tǒng)，可以消除特定人眼中存在的色差，從而可以更準(zhǔn)確地評(píng)估視力和眼睛健康。通過(guò)拍攝具有多個(gè)波長(zhǎng)的眼睛最小的光感應(yīng)單元的照片，該系統(tǒng)還提供了縱向色差(LCA)的第一個(gè)客觀測(cè)量，這可以導(dǎo)致他們與視覺光暈，眩光和顏色感知的關(guān)系的新見解。

西雅圖華盛頓大學(xué)的研究人員在Optica，光學(xué)學(xué)會(huì)的高影響力研究期刊上表示，該技術(shù)可以很容易地應(yīng)用于臨床，對(duì)于評(píng)估與衰老相關(guān)的眼睛變化特別有用。并且還可以通過(guò)考慮鏡片本身的色差來(lái)幫助告知新的多焦點(diǎn)鏡片的設(shè)計(jì)。對(duì)于視覺研究，該技術(shù)可以推進(jìn)色盲的研究以及不同的人如何看待顏色。

研究小組負(fù)責(zé)人Ramkumar Sabesan說(shuō)：“先前補(bǔ)償眼睛原生LCA的方法依賴于人口平均估計(jì)，而不是逐個(gè)人的個(gè)體化校正。” “我們展示了一種改進(jìn)的基于濾波器的Badal視力計(jì)，它能夠以不同的波段調(diào)整LCA，并以定制的方式為每個(gè)人提供調(diào)諧。”

研究人員報(bào)告將一種新的光學(xué)組件整合到傳統(tǒng)的自適應(yīng)光學(xué)儀器中，以生成單眼定制的高分辨率，多波長(zhǎng)圖像，用于眼睛中最小的錐形光感受器，測(cè)量大約2微米。

“我們的研究建立了一個(gè)靈活的工具來(lái)補(bǔ)償不同波段的色差，并以個(gè)性化的方式，從而有助于未來(lái)調(diào)查我們?nèi)绾卧诃h(huán)境中看到顏色，不受個(gè)人原生彩色瑕疵的影響，”Sabesan說(shuō)。“現(xiàn)在配備了控制色差的工具，我們計(jì)劃對(duì)正常和不足的色覺進(jìn)行研究。”

補(bǔ)償像差

像制造的光學(xué)元件如顯微鏡和相機(jī)鏡頭一樣，眼球的角膜和晶狀體包含扭曲視網(wǎng)膜上形成的圖像的光學(xué)像差。像差會(huì)模糊投射在人的視網(wǎng)膜上的圖像，從而降低他/她的視力。它們還會(huì)影響醫(yī)生在使用眼科儀器觀察眼睛內(nèi)部時(shí)獲得的圖像。

自適應(yīng)光學(xué)是一種補(bǔ)償這些像差的方法。目前天文學(xué)家利用自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)來(lái)解決在通過(guò)地球大氣層觀察空間時(shí)出現(xiàn)的像差，這種技術(shù)已被納入眼睛成像工具中。然而，盡管當(dāng)前的儀器在校正單色像差(那些不依賴于所施加的光的波長(zhǎng)而改變的那些)方面是有效的，但是色差(受波長(zhǎng)影響的色像差)更具挑戰(zhàn)性。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，今天的儀器使用關(guān)于平均或“典型”眼睛中預(yù)期的像差的假設(shè)，而不是關(guān)于特定人眼中的實(shí)際像差的信息。雖然這對(duì)于許多應(yīng)用來(lái)說(shuō)已經(jīng)足夠，但它不太適合需要同時(shí)和精細(xì)聚焦控制多個(gè)波長(zhǎng)的其他應(yīng)用。

為了克服這一局限，研究人員使用了一種稱為Badal視力計(jì)的裝置，它由一對(duì)相距一定距離的鏡片組成。改變兩個(gè)鏡頭之間的距離會(huì)改變焦點(diǎn)，而不會(huì)改變通過(guò)鏡頭觀看的圖像的大小。

研究人員修改了這個(gè)簡(jiǎn)單的Badal視力計(jì)，通過(guò)增加兩個(gè)濾光片來(lái)傳輸更長(zhǎng)波長(zhǎng)的光，同時(shí)反射更短的光。這些濾光片在傳統(tǒng)的Badal驗(yàn)光儀內(nèi)保持靜止，這樣，現(xiàn)在，當(dāng)鏡頭之間的距離改變時(shí)，透射和反射的波段具有微妙的不同焦點(diǎn)水平，足以補(bǔ)償兩個(gè)波段的眼睛的原生色差。 。

通過(guò)精細(xì)調(diào)整濾光器的選擇，透鏡之間的距離和多色彩照明，這種設(shè)置可以共同用于以定制的方式測(cè)量和補(bǔ)償色差。

是診所和實(shí)驗(yàn)室的寶貴工具

研究人員在兩種不同的自適應(yīng)光學(xué)儀器中實(shí)現(xiàn)了他們的新型LCA補(bǔ)償器：自適應(yīng)光學(xué)視覺模擬和自適應(yīng)光學(xué)掃描激光檢眼鏡。他們使用新儀器對(duì)人類志愿者的眼睛進(jìn)行成像。

他們發(fā)現(xiàn)，這種新方法成功地克服了以前對(duì)人眼的天然LCA估計(jì)的不一致性，這些估計(jì)與焦深，單色像差和與視網(wǎng)膜組織的波長(zhǎng)相關(guān)的光相互作用有關(guān)。當(dāng)單色和色差都得到補(bǔ)償時(shí)，人的視力僅受到視網(wǎng)膜中錐形光感受器 - 光檢測(cè)細(xì)胞的排列的限制，而去除色差補(bǔ)償意味著紅色或綠色視覺被優(yōu)化。

研究人員還證明了該系統(tǒng)能夠通過(guò)最小化色差同時(shí)對(duì)具有多個(gè)波長(zhǎng)的最小錐形光感受器進(jìn)行成像，這表明Badal LCA補(bǔ)償器提供了精細(xì)的細(xì)節(jié)水平，這是實(shí)現(xiàn)彩色視覺研究的重要進(jìn)步。

除了提供更好的視網(wǎng)膜內(nèi)部圖像外，該技術(shù)還可用于研究色差如何影響視網(wǎng)膜圖像質(zhì)量和視覺表現(xiàn)。這在以前是困難的，因?yàn)椴淮嬖谔峁㎜CA的精細(xì)個(gè)體化控制的工具。此外，主觀和客觀地獲得的LCA的測(cè)量值不匹配。

“通過(guò)將該技術(shù)應(yīng)用于兩種不同的基于自適應(yīng)光學(xué)的模態(tài)，我們展示了高保真度的視覺性能和視網(wǎng)膜成像，一旦色彩和單色像差得到補(bǔ)償，”Sabesan說(shuō)。“這樣獲得的高分辨率視網(wǎng)膜圖像使我們能夠客觀地量化色差，并與大量專門用于測(cè)量色差的文獻(xiàn)進(jìn)行比較。”