什么是像差？
理想的成像状态是从物点发出的所有光线经过光学系统后形成一个共轭焦点。实际的光学系统不可能理想成像，即成像无法实现绝对的清晰和没有变形。这种光学系统的实际成像与理想成像之间的差异称为像差。
人眼光学系统也存在缺陷，形成眼球像差影响人眼视觉质量。
有像差的人眼对于点状物体不能理想成像
图源：《波前像差与临床视觉矫正》
什么是波前像差？
从物理光学角度，可以将像差定义为波阵面像差，也称波前像差。
波前像差是实际光学系统产生的实际波阵面和理想光学系统产生的理想波阵面之间存在的偏差，它是衡量光学系统成像的重要指标之一。
图源：《Aberration theory》
人眼像差波前像差来源
角膜和晶状体表面不理想，其表面曲率存在局部偏差；
角膜与晶状体以及玻璃体不同轴；
人眼屈光系统对各种色光的折射率不同，不可避免地出现色差。
常见像差介绍
球差
由于透镜球面上中央（近轴）与边缘（远轴）的屈光能力不同。使得光线不能汇聚到像方的同一点上，而形成弥散斑。
图源：《波前像差与临床视觉矫正》
彗差
光轴外的某一点向透镜发出一束平行光线，经过光学系统后，在像面上形成不对称彗星形的弥散光斑。
图源：《波前像差与临床视觉矫正》
波前像差描述方式
常用的描述像差的方法是Zernike多项式及波前像差图。
Zernike多项式
Zernike多项式为一正交于单位圆上的一组函数，通过Zernike多项式，眼光学系统像差可以量化。
Zernike多项式可以把波前像差分解为多阶成分。常用的 Zernike多项式为7阶35项。0~2阶为低阶像差，可以用球柱镜矫正；3阶及以上为高阶像差，无法用球柱镜矫正。
0阶：各方向均匀、平整的波阵面，即无像差；
1阶：沿着x轴和y轴倾斜；
2阶： Z20球性离焦（近视、远视），Z2-2散光（45/135°轴向），Z22散光（90/180°轴向）；
3阶：类彗差，Z3-1垂直彗差，Z31水平彗差，Z3-3 Z33三叶草差；
4阶：类球差，Z40球差，Z4-2 Z4-2二级散光，Z4-4 Z44四叶草；
5阶及以上：更复杂的波阵面像差，只有瞳孔非常大时才显露出。
Zernike多项式也可以直观表示成以n为行数，m为列数的金字塔
波前像差图
在临床上，为了更直观地表达，用伪彩色将波前像差表达出来。可表示为二位平面图和三维立体图。通过冷暖不同色调表示像差的大小和方向 ，暖色为正，冷色为负。
图源：《波前像差与临床视觉矫正》
美沃Scansys三维眼前节分析系统
像差分析界面2D波前像差图
美沃Scansys三维眼前节分析系统
像差分析功能介绍
点击左侧“像差”功能模块，启动 Scansys 像差分析功能，出现如下图：
Scansys像差分析是通过测量到的角膜前后表面高度数据并依据射线追踪法（Ray Tracing）原理来计算真实的波前面，之后对真实波前面和理想波前面求取差值来做波前像差分析。
其提供了2D波前像差图和Zernike多项式金字塔，并为每个Zernike多项式项计算出一个系数，该系数描述了此多项式相应的像差量，所有项系数的均方根值（RMS)用来定量描述总像差大小。
功能介绍
1. 通过选择顶部下拉窗选择角膜前表面，后表面，全角膜切换角膜前后表面以及全角膜的像差分析。
2、点击设置框上部分可以设置 Zernike 多项式阶数和角膜直径。
3、左上角四个选项分别为低阶像差LOA，高阶像差HOA，全像差，关闭所有选项，也可以手动点击任意一项多项式的开关。
4、有效参数中的均值和 RMS 分表表示选择各项系数的平均值和均方根值。
临床应用
白内障
术前精准测量全角膜总高阶像差等信息，辅助白内障术前精确评估及高端人工晶体选择，为屈光性白内障手术保驾护航。
干眼
干眼症患者泪膜不稳定，泪膜破裂后则显示有高水平的高阶像差，因此，波前像差检查可以辅助干眼的诊断。
圆锥角膜
圆锥角膜表现出明显的不规则散光，角膜像差较大，波前像差检查可辅助圆锥角膜诊断及反映疾病进展。
屈光手术术前检查
术前检查波前像差包括高阶像差的类型，RMS值和高阶像差的比率，是医生判断是否选择角膜波前像差引导的个性化角膜屈光手术的主要依据。
参考文献：
1. 瞿佳. 视光学理论和方法（第3版）[M]. 人民卫生出版社, 2018.
2. 王雁, 赵堪兴. 波前像差与临床视觉矫正[M]. 人民卫生出版社, 2011.
3. 吴晋芳，袁志勇，陈思，谢培英. 波前像差的视光学理论与应用[J]. 中国斜视与小儿眼科杂志，2006，04：49-52.
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