http://habrahabr.ru/post/218001/


Прошу прощения у всех, кто долго ждал этой статьи. Подготовка материалов требует массы времени и труда. В этой статье я постараюсь рассказать обо всех методиках коррекции зрения, которые существуют на данный момент. Мы пройдем путь от первых очков XIII века до современных лазерных методов коррекции, таких как femto-LASIK и ФРК.

Если вы не читали предыдущих статей цикла, то я бы рекомендовал ознакомиться в первую очередь со второй частью. Именно в ней подробно разбираются основные нарушения зрения и биологические основы нашего зрения. Объем статьи получился очень большой, поэтому я решил разбить ее на две части для облегчения восприятия.
Все, кому интересно — добро пожаловать под кат.

Предыдущие части

Часть 1. Unboxing VisuMax — фемто-лазера для коррекции зрения
Часть 2. Сколько мегабит/с можно пропустить через зрительный нерв и какое разрешение у сетчатки? Немного теории
Часть 3. Знакомьтесь — лазер по имени Amaris. Переезды и первое пробуждение VisuMax

Оглавление:

Проблема и методы решения

• Рефракция в норме
• Точки воздействия на проблему

Простые решения. Добавляем линзу

• Очки
• Контактные линзы
• Проблема разных глаз

Отвечаем на вопросы

• Близорукость после 45 лет

В следующей части:

Изменяем роговицу

• Особенности метода
• Ортокератология
• Кератотомия
• LASIK
• femto-LASIK
• ФРК
• транс-ФРК
• ReLEx SMILE
• ReLEx Flex

Когда роговицы не хватает

• Особенности метода
• Имплантация факичных линз
• Имплантация искусственного хрусталика — ИОЛ

Рефракция в норме

Глаз — сложная оптическая система. Основные элементы, которые непосредственно участвуют в фокусировке изображения на сетчатку:

• Роговица
• Передняя камера
• Зрачок в качестве диафрагмы
• Задняя камера
• Хрусталик
• Стекловидное тело

С одной стороны, каждое изменение в любом участке неизбежно ухудшит качество изображения на сетчатке. С другой, такая тесная взаимосвязь дает возможность исправить зрение воздействуя на другие элементы, которые не являются причиной нарушения. Например, при близорукости глаз увеличивается вдоль своей оптической оси. Надевая очки, мы корректируем изображение, фокусируя его на сетчатку, однако форма глазного яблока остается по-прежнему растянутой.

Точки воздействия на проблему

Мы можем выделить несколько участков, где можно скорректировать рефракцию с минимальными затратами:

• Добавить корректирующую линзу очков
• Добавить корректирующую контактную линзу
• Изменить кривизну роговицы
• Имплантировать факичную линзу в переднюю или заднюю камеру глаза
• Заменить хрусталик на искусственный с другой оптической силой

Очки в средневековье

История очков началась очень давно. Оптические свойства кристаллов горного хрусталя и других минералов издревле использовались для увеличения предметов. Оптические линзы из горного хрусталя археологи находили на раскопках Трои, Крита, в Сирийской пустыне, под месопотамскими холмами. Об использовании «кристаллов для глаз» писали древнегреческие философы. Древнеримский историк Плиний Старший, погибший во время извержения Везувия, рассказывал, что «император Нерон смотрел гладиаторские бои через смарагд», т.е. линзу из изумруда.


Однако все эти искусственные линзы не носили медицинского характера и не служили для коррекции зрения. Точное место изобретения очков точно не известно. Большинство исследователей сходятся на том, что это открытие произошло одновременно в нескольких странах центральной Европы. Несмотря на это, очень много исторических свидетельств указывает на Италию XIII века. Мастера-стеклодувы той эпохи славились своими работами из стекла. Вероятно, что именно благодаря им этот атрибут распространился на остальной мир.
Имеются сведения о том, что идея создания очков принадлежит флорентийскому монаху и датируется 1280 годом. Возле одной из флорентийских церквей находится его могила с надписью: «Здесь лежит Салъвино Армати, изобретатель очков».

Очки в то время стоили крайне дорого, но обычному простолюдину просто нечего было читать. Большинство из них были неграмотны, а массовое книгопечатанье еще ждало своего Гуттенберга.

Современные очки

Сейчас очки используют все достижения современных технологий. Это и оправы из сплавов титана с памятью формы, и легкие полимеры в качестве очковых линз, которые благодаря высокому показателю преломления делают очки очень тонкими. В принципе, именно очки можно считать методом коррекции рефракционных нарушений, который позволяет добиться хорошего качества зрения, не затрагивая сам орган зрения.

Не могу не упомянуть популярный миф о том, что очки могут ускорять развитие близорукости и их ношения нужно максимально избегать. Как мы уже знаем, причина близорукости в подавляющем большинстве случаев — увеличение линейного размера глазного яблока. Добавление очков лишь позволяет правильно сфокусировать световой поток. На форму глаза их ношение никак не влияет. Более того, отказ от ношения очков при выраженной близорукости приводит к постоянной перегрузке цилиарной мышцы хрусталика, которая мучительно пытается «настроить изображение нормально», но не может из-за грубого несоответствия фокусного расстояния глаза и своих возможностей. Все это может приводить усугублению проблемы спазмом аккомодации.

Очень часто я слышу концепцию: «Я ходил без очков и что-то видел. Одел очки, походил полгода, теперь не могу без них обходиться, хотя до этого все было терпимо». Ухудшение зрения здесь — заблуждение. Мозг человека очень гибкий инструмент. Из двух серий кадров «видео» отвратительного качества он умудряется извлекать крупицы полезной информации. Всем близоруким знакомо распознавание знакомых по силуэтам, особенностям движения и т.п. Когда человек длительное время носит очки, мозг отбрасывает ненужные «модули» для экономии ресурсов. Именно поэтому человеку так трудно отвыкнуть от очков после. Здесь скорее поднимается вопрос о том, нужно ли это делать вообще.

Можно по-разному относиться к дорогим и дешёвым оправам, но я однозначно призываю не экономить на качественных линзах к ним. Также, как и оптика для хороших объективов, линзы хороших производителей не могут стоить совсем дёшево. Особенно, если требуется коррекция с компенсацией астигматизма. Приятным бонусом является наличие дополнительных покрытий уменьшающих хроматические аберрации, увеличивающие прочность и т.п.

Выбирая линзы, нужно помнить, что толщина линзы при прочих равных зависит от коэффициента преломления её материала. То есть, выбрав высокоиндексные линзы, вы можете получить полноценную коррекцию при значительно меньшей толщине. Правда при этом придётся смириться с усилением хроматических аберраций, хотя производитель и старается с этим бороться. Причина таких аберраций — разница в преломлении света различной длины волны.

Пример хроматической аберрации.




Нелишним будет использование одинарной или двойной асферической оптики. Такие линзы позволяют значительно снизить геометрические искажения по краям линзы. Разумеется, это тоже увеличит итоговую цену. Для себя я остановился на линзах японской фирмы Hoya. Они обошлись мне раза в 2 дешевле аналогичных от Zeiss, ничем не уступая по качеству.

Контактные линзы

Контактные линзы как класс появились достаточно давно. Мысли о них высказывал еще Леонардо да Винчи, а первое воплощение из дутого стекла создал немецкий стеклодув Август Мюллер 1887 г. Годом позднее в 1888 г. Адольф Фик, офтальмолог, применил это изобретение на практике. Вначале на кроликах, потом на себе и затем уже на добровольцах. Материалы изменялись и совершенствовались, однако в процессе выяснилась неприятная особенность контактных линз — они ухудшают газообмен роговицы.

Роговица — ткань прозрачная и не может позволить себе быть проросшей сосудами для питания. Поэтому обмен продуктами жизнедеятельности и получение кислорода для дыхания она осуществляет за счет омывания слезной жидкостью и циркуляции жидкости в передней камере. Контактные линзы этому процессу никак не способствуют, как бы производители не упражнялись в лозунгах «на 80% воздушнее», «первые* дышащие** контактные линзы» и так далее. Опыт работы подсказывает, что пациенты, которые выбрали контактную коррекцию, как метод решения проблемы близорукости, неизбежно приходят к проблемам с роговицей — кератитам, синдрому сухого глаза, увеличивают шансы контактного инфицирования и ряду других проблем. Например, перед лазерной коррекцией обязательна пауза в ношении линз не менее 2 недель. И это при отсутствии других проблем со здоровьем роговицы.


Контактные линзы подразделяют на жесткие и мягкие. Жесткие линзы отличаются стабильностью формы и позволяют эффективно решать задачи коррекции сложного астигматизма и ряда других проблем. Однако из-за плохой газопроницаемости применяются довольно редко. Мягкие линзы делятся на две основные группы в зависимости от материала: гидрогелевые и силикон-гидрогелевые.
Гидрогелевые линзы подразделяются на группы, в зависимости от содержания воды:

• линзы с низким содержанием воды (<50 %)
• линзы со средним содержанием воды (около 50 %)
• линзы с высоким содержанием воды (>50 %)

Чем выше концентрация воды в гидрогелевой линзе, тем лучше она пропускает кислород, однако после 70% линза становится неудобной в эксплуатации из-за чрезвычайной неустойчивости формы.
Силикон-гидрогелевые линзы имеют более оптимальные характеристики и не имеют зависимости между содержанием воды и газопроницаемостью.

Способность контактной линзы пропускать кислород характеризуется специальным коэффициентом Dk/t (Dk — кислородная проницаемость материала линзы, а t -толщина линзы в центре). Для гидрогелевых линз Dk/t обычно лежит в диапазоне 20-30 единиц. Этого достаточно для дневного ношения. Для того, чтобы линзы можно было оставлять на глазах на ночь, требуются гораздо большие значения. Силикон-гидрогелевые контактные линзы имеют Dk/t порядка 70-170 единиц. Вообще ночное ношение — огромная проблема. При закрытом веке концентрация кислорода значительно падает. Если к этому добавить контактную линзу, то роговица будет страдать от кислородного голодания. Поэтому, если вы не находитесь один в темном лесу в окружении ежей и елок, а сумка с растворами не была утащена енотами, то крайне желательно не использовать линзы в ночное время. Справочник газопроницаемости различных линз (спасибо f1ac)


Очень важной проблемой является коррекция астигматизма. Если у человека роговица имеет правильную, симметричную форму, то проблем с обычными контактными линзами у него нет. Ориентация такой линзы относительно оси симметрии роли не играет. Однако, иногда помимо близорукости имеется асимметричность роговицы или хрусталика, которая выливается в астигматизм. У таких пациентов ориентация линзы имеет очень большое значение. Основная задача — компенсировать природную асимметрию по соответствующим осям. Раньше таким пациентам назначались исключительно жесткие контактные линзы из-за стабильности их формы и простоты ориентации. К сожалению, пропускание кислорода у таких линз минимально. Современные материалы позволили создать мягкие торические линзы, которые сами принимают необходимое положение на роговице, вращаясь под действием силы гравитации.

Существуют разные методы стабилизации линзы:

• перибалласт – линза имеет зоны утончения по верхнему и нижнему краю, расположенные под веками, которые и удерживают линзу в нужном положении.
• призматический балласт – утолщение в нижней части линзы, которое под действием гравитационных сил заставляет линзу находиться в нужном положении. Но при изменении положения тела из вертикального в горизонтальное и наоборот линза под действием силы тяжести также смещается.
• отсечение или трункация – в нижней части линзы отсекается сегмент. Полученным срезом линза располагается на краю нижнего века.

Здесь тоже не обходится без проблем. Если линза очков может легко сохранять свою ориентацию относительно глаза в силу жесткости конструкции, то контактная линза под действием силы тяжести может вращаться при наклоне головы, из-за чего оси перестают совпадать и итоговая картинка ухудшается.

Проблема разных глаз

Так эволюционно сложилось, что у нас бинокулярное зрение. У всех приматов глаза расположены на передней части черепа и ориентированы параллельно друг другу. Как правило бинокулярное зрение — признак хищника, которому нужно точно определять расстояние до жертвы, чтобы рассчитать прыжок. У травоядных глаза разнесены по разные стороны черепа, чтобы обеспечить максимальный обзор и защитить от подкрадывания хищника. В случае приматов трехмерное зрение служит, как правило, не для атаки на жертву, а для точного определения расстояния для прыжка с ветки на ветку. Упавшие с высоты обезьяны обычно не размножаются и не передают гены по наследству.
Какое это имеет отношение к сегодняшней теме? Самое прямое. «Склеивание» двух немного различающихся картинок в одну трехмерную — это функция, которая у зашита в наш мозг на уровне инстинкта. Однако, если изображение с разных глаз различается сильнее, чем необходимо, то «программа» не может собрать все воедино. Это явление называется амблиопия. Мозг, как правило, «программно» отбрасывает дефектную картинку с одного из глаз, игнорируя его при восприятии изображения. В итоге человек получает монокулярное зрение. Причины могут различаться, но мы рассмотрим вариант рефракционной амблиопии. Если у пациента один глаз -1.5 D, а второй -5.75 D, то изображения будут слишком различны для сопоставления. Более того, в такой ситуации очки не помогут, так как расположены на некотором расстоянии от глаза и привносят дополнительные искажения.


Стандартное правило коррекции зрения — не более 3 диоптрий разницы между линзами для взрослых и 4 диоптрий для детей. Цифры эти не абсолютная догма и могут меняться в зависимости от индивидуальной переносимости. Контактные линзы практически лишены этого недостатка, так как непосредственно прилегают к роговице и не имеют воздушного зазора, а значит и дополнительных искажений. Поэтому при значительной разнице в диоптриях между глазами они является методом выбора из не операционных вариантов.

Дополнительные материалы: близорукость после 45 лет

Небольшое отступление от темы. В предыдущих частях меня спрашивали, почему люди, бывшие близорукими, после 45 лет видят вблизи лучше. С возрастом диапазон аккомодации сужается. Однако у близоруких этот диапазон смещен в сторону близких предметов. Аккомодация, если упрощенно — это способность хрусталика изменять свою кривизну для того, чтобы фокусироваться на различное расстояние.

Векторные исходники всем желающим

Если вам понравились мои иллюстрации — все исходники доступны в векторе (Inkscape).
Лицензия CC BY-SA 3.0 (CC Attribution — Share Alike)

Исходники на Google Drive

Продолжение следует...

UPD
Если у вас возникают какие-то вопросы по моим публикациям — не стесняйтесь. Если вы в read-only или у вас нет аккаунта на хабре — это не проблема. В профиле мои контакты в соцсетях.