《眼科新进展》  2019年1期 63-67   出版日期：2019-01-05   ISSN:1003-5141   CN:41-1105/R

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应用iTrace视觉功能分析仪测量双眼角膜像差的一致性


        近年，眼科手术已经从复明手术向屈光手术方向转变，角膜作为最重要的屈光介质，其独特的结构和性质决定了像差的产生。目前大多数的研究均是针对单眼的角膜像差进行分析，少见对双眼角膜像差的一致性和相关性的详细分析。本研究针对双眼间的水平三叶草差（Z₃³）、垂直三叶草差（Z₃^-3）、水平四叶草差（Z₄⁴）、垂直四叶草差（Z₄^-4）、水平彗差（Z₃¹）、垂直彗差（Z₃^-1）、水平二次散光（Z₄²）、垂直二次散光（Z₄^-2）、球差（Z₄⁰）进行单独分析，使人们对角膜像差有更全面和深刻的认识。
        当前波前像差的测量设备主要分为主观和客观像差仪。主观像差仪基于Scheiner原理（如OPD角膜地形图系统），客观像差仪主要基于Shack-Hartmann原理（如WASCA像差分析仪）及Tscherning原理（如iTrace视觉功能分析仪）。本研究应用iTrace视觉功能分析仪对正常人群双眼分别测量角膜像差，进行双眼间角膜像差的对比及分析。
        iTrace视觉功能分析仪使用多种细小光束（超过250种）在1/8 s内通过瞳孔，当这些光束通过眼睛的光学介质时会在视网膜上投映一系列的点，这些光束的投射点位置和式样可根据瞳孔的尺寸自动改变，每个光点的位置在光线离开眼睛时会被iTrace检测到。应用iTrace视觉功能分析仪可以逐点分析原始数据，得到关于角膜像差的不同值。本研究旨在探究正常人群双眼角膜像差的一致性及相关性，为白内障非球面人工晶状体（intraocular lens，IOL）双眼间植入的选择及LASIK手术提供更为个性化的设计方案。
1　资料与方法
1.1　一般资料　随机选取中国医科大学附属第四医院2016年12月至2017年12月进行体格检查的健康人240人（480眼），其中男132人，女108人，年龄10~70岁，每隔10岁分一组，共分为6组，每组40人。纳入标准：无角膜接触镜配戴史，无器质性眼部疾病史，无眼部手术史，无眼位及眼球运动异常。排除标准：瞳孔直径<2.5 mm，高度近视，干眼，各种眼底病变或青光眼、白内障，有活动性眼部炎症，各种角膜疾病，合并糖尿病、高血压、结缔组织性疾病或精神疾病等全身性疾病。本研究获得中国医科大学附属第四医院伦理委员会批准，所有患者均知情同意，并签署知情同意书。
1.2　检测方法　采用iTrace视觉功能分析仪（美国 Tracey公司生产）测量双眼角膜像差。在暗室中，受试者端坐于仪器前，下颌置于颌托上，额头顶在额带上，嘱测量眼注视视标，随机选取优先测量的眼别（右眼或左眼），用遮眼板遮盖对侧眼，完成波前像差模式及角膜地形图模式的测量，连续测量至少3 次，每次测量前嘱受试者眨眼，保证泪膜的完整性，选取无丢失点的数据入组，收集每位入选者的双眼角膜像差（Z₃^-3、Z₃³、Z₃^-1、Z₃¹、Z₄^-4、Z₄⁴、Z₄^-2、Z₄²、Z₄⁰），分别选取2 mm、3 mm、4 mm、5 mm瞳孔直径范围内的角膜像差测量值进行记录，该过程由操作熟练的技师重复检查3次。
1.3　统计学分析　使用SPSS 24.0统计学软件对所得数据进行处理，对不同瞳孔直径下双眼角膜像差的异同进行分析，采用配对t检验比较双眼间的差异，Pearson相关性分析探讨双眼角膜像差的相关性，对总角膜像差进行Bland-altman分析。P＜0.05为差异有统计学意义。
2　结果
2.1　双眼间总角膜像差的比较　240人双眼间总角膜像差的比较见图1。95%区间外的点占总数的4.8%，小于5%，故总体来看，双眼间总角膜像差具有一致性，存在镜像对称。



2.2　不同瞳孔直径下双眼间角膜像差的比较
2.2.1　2 mm瞳孔直径下双眼间角膜像差的比较　除Z₃³双眼间角膜像差差异具有统计学意义（P<0.05）外，其余像差双眼间差异均无统计学意义（均为P>0.05）；除Z₄^-4外，其余像差双眼间均具有相关性（均为P<0.05），见表1。
2.2.2　3 mm瞳孔直径下双眼间角膜像差的比较　除Z₃³双眼间角膜像差差异具有统计学意义（P<0.05）外，其余像差双眼间差异均无统计学意义（均为P>0.05）；Z₃^-3、Z₃³、Z₃^-1、Z₃¹、Z₄²、Z₄⁰双眼间均具有相关性（均为P<0.05），见表2。
2.2.3　4 mm瞳孔直径下双眼间角膜像差的比较　Z₃¹、Z₄^-4、Z₄²双眼间差异均具有统计学意义（均为P<0.05），其余像差双眼间差异均无统计学意义（均为P>0.05）；Z₃^-3、Z₃¹、Z₄²、Z₄⁰双眼间均具有相关性（均为P<0.05），见表3。
2.2.4　5 mm瞳孔直径下双眼间角膜像差的比较　Z₃¹、Z₄^-4、Z₄²双眼间差异均具有统计学意义（均为P<0.05），其余像差双眼间差异均无统计学意义（均为P>0.05）；Z₃^-3、Z₃^-1、Z₃¹、Z₄^-2、Z₄⁰双眼间均具有相关性（均为P<0.05），见表4。
2.3　各个年龄段角膜像差的比较　随着年龄的增加，三叶草差、彗差双眼间差值均逐渐增大，四叶草差、二次散光、球差双眼间的变化微小（图2）。







3　讨论
3.1　瞳孔大小对双眼角膜像差的影响　瞳孔大小对视网膜成像具有很大影响，不同像差对视力及视觉敏感度的影响是不一样的，越接近瞳孔中心，对视觉质量的影响越大^［1］。
        随着瞳孔直径的增加，人眼的高阶像差也会随之增加，特别是球差增加最为明显，可降低视网膜的成像质量；同理，瞳孔的缩小会降低高阶像差，增加景深，提高视网膜成像质量^［2］。这与我们的研究结果相似。在2 mm、3 mm瞳孔直径时，仅有Z₃³在双眼间差异具有统计学意义，其他像差在双眼均具有良好的一致性，说明2 mm、3 mm瞳孔直径对于双眼间协同的视觉质量较好，Z₃³在小瞳孔下是双眼差异的主要像差；随着瞳孔直径的增加，双眼间各阶角膜像差的差异逐渐显现出来，在4 mm、5 mm瞳孔直径时，Z₃¹、Z₄^-4、Z₄²双眼间差异均具有统计学意义（均为P<0.05），其余像差均具有良好的一致性，其中Z₃^-3、Z₃¹、Z₄⁰在2 mm、3 mm、4 mm、5 mm瞳孔直径下双眼间均具有良好的相关性（均为P<0.05），相关系数均为正值。
        角膜为正性球差，年轻时由于角膜后表面和晶状体负性球差的代偿，使得全眼的球差维持在较低的水平，故年轻时拥有较好的视觉质量^［3］。随着年龄的增长，晶状体的老年性改变使其负性球差逐步减小或向正性球差转变，使得全眼球差增大，降低了视觉质量，为了有效补偿角膜球差，我们需要了解角膜球差的分布状况，以利于非球面IOL的个体化设计和选择。
        现有的研究表明，随着瞳孔直径的增大，球差的增加最为显著^［4］。随着瞳孔的扩大，远轴光线进入眼内增多，由于周边部的屈光力比中央部的强，周边部光线成像在视网膜前，而中央部光线成像在视网膜上，这导致球差的形成，使眼底成像模糊，这就是夜间出现眩光和暗视力下降的原因。在白天，由于瞳孔较小，进入眼周边部的光线大部分被虹膜遮挡，光线经中央部瞳孔进入眼内，大大减少了球差，所以球差不明显^［5］，且由于晶状体的屈光指数中央较周边高，中央部光线的曲折力大于周边，也可以抵消一部分球差^［6］。
        本研究发现，Z₄⁰在瞳孔直径为2~5 mm下双眼间具有的一致性最为稳定（双眼间差异均无统计学意义，均为P>0.05），且在双眼间存在高度的相关性（均为P<0.01）。故我们得出结论，虽然随着瞳孔直径的增加，角膜球差逐渐增大^［7］，但双眼间仍具有较好的一致性及相关性，证实了双眼间角膜球差具有镜面对称，角膜的形态具有一致性。
        Z₄⁰对于设计非球面IOL具有十分重要的意义。非球面IOL的设计，首先应测量人眼的角膜地形图，然后将角膜地形图转换为波前像差，获得Zernike系数Z₄⁰，通过该数据来设计非球面IOL的球差^［8］。球差是唯一能被IOL矫正的轴对称性高阶像差，IOL设计为负球差或者零球差，以中和角膜前表面正球差。现阶段文献均是对于单眼球差的研究，比较IOL植入术前及术后的差异，对于双眼球差的差异探究较少。
        本研究中，瞳孔直径大于4 mm时，球差开始发挥作用，3 mm、4 mm瞳孔直径下彗差较其他像差值高，5 mm瞳孔直径下，球差开始占据角膜像差的主要地位，因老年人的瞳孔相对较小，故球差主要影响年轻人或暗环境下的视觉质量^［9］，Randazzo等^［10］研究表明，在瞳孔直径大于5 mm后，每扩大1 mm，球差增加1倍。因球差在双眼一致性及相关性较好，综合非球面IOL光学部直径约为6 mm，对于6 mm以下瞳孔大小人群，双眼植入同种非球面IOL可获得较好的视觉质量。
        球差反映中心曲率与周边曲率的平衡关系，而角膜彗差反映偏斜或者不对称性，多数情况下Z₃¹远远小于Z₃^-1，且有研究指出，经过一定时间的阅读后，眼睑的持续压迫会造成角膜表面像差的改变，主要的改变在Z₃^-1、Z₃^-3、Z₃³上^［11］。Brown等^［12］研究发现，去除眼睑压力后，角膜趋向于顺规散光的减少，而且主要改变在水平子午线上。
        三叶草差与彗差反映人眼屈光特性中的非对称性，是人眼平面的不规则性、倾斜、偏中心等不对称性的反映，三叶草常与明显的不规则和不对称的角膜环曲面有关。Z₃^-1与散光有关，散光越大，Z₃^-1越小（即负值越大）^［13］。这是因为瞳孔散大后，以球差为主的周边屈光系统更多地参与成像，最终导致球差增大。彗差的增加主要是瞳孔的偏中心，而且这种偏中心随瞳孔增大而增加^［14］。目前可以矫正彗差的是非球面平衡曲线设计的IOL，其主要是在IOL表面进行了凹凸结合的设计，从而减少眼内彗差的产生，使视网膜中心成像增强，减少扭曲的彗差条纹成像干扰，提高视觉质量，该设计弥补了现有IOL只能矫正球差的局限，使屈光性IOL能够矫正高阶像差的理念崭露头角。
        然而，并不是所有的角膜像差都使视觉质量降低。Levy等^［15］发现，在一些超视力人群中也存在一些高阶像差，例如飞行员的Z₃^-1较大，故Z₃^-1可能是对视力有益处的。
        研究瞳孔的大小变化对于像差的影响是LASIK手术的一个重要课题，光学区大小的选择对于术后视觉质量的影响很大，选大了会增加切削的深度，使光线在切削区与非切削区交界处发生漫反射，导致各项像差的增加，选小了就可能会存在没有矫正到的区域。经统计，手术光学切削区<暗适应瞳孔直径2 mm范围为最佳手术区域^［7］。
3.2　年龄对于双眼角膜像差的影响　本研究结果表明，随着年龄的增加，三叶草差、彗差双眼间的差值均逐渐增大，四叶草差、二次散光、球差双眼间的变化微小，这与Oshika等^［16］的研究结果一致。Oshika等^［16］认为，角膜彗差与年龄具有相关性，随着年龄的增长，角膜慢慢缺少对称性，角膜表面可能因为变性或者内皮细胞功能下降使其平整性发生变化，角膜高阶像差特别是彗差增加，球差不随着年龄的增长发生变化，同一个体的角膜球差具有高度一致性，可能与患者自身的遗传因素有关。另外，泪膜随着年龄的增长其分泌量减少，也会使高阶像差增加^［17］。
        本研究结果表明，球差在各个年龄段中双眼均具有良好的相关性与一致性，这为“双眼植入同种IOL更有利于视觉质量的提升”这一观点提供了有利的理论支持。
        本文选择正常眼进行双眼角膜像差相似性的研究，对总体角膜像差及不同瞳孔直径及年龄段患者中双眼各个像差的一致性和相关性进行分析，为IOL的个性化植入及LASIK手术的设计及眼球形态的研究提供了参考。但由于本研究样本量有限，所用仪器单一，瞳孔直径设置的范围有限，故结果具有局限性，有待今后更加详尽的研究，以为此试验结果提供更加充足的临床支持。