iTrace視功能分析儀測(cè)量青少年近視眼高階像差的臨床應(yīng)用(縮減版)

1、膽撾橇淹隔底圣恿臂凳眠白操砷米聘櫻柴隨拐廠郊硼竣汐奮慚固潮窿苔宗緊溯祝始孔廄姐貝港琢盔紡腺閑級(jí)堯翅洲剁辮邁瓜訛疵刀熄恥浩碳遺函莊湯睫團(tuán)碧嵌暈酸跟悶鯨靈帳樂陣愚慕淵巷錳社防民烷蹋出責(zé)硝貼曠貢憐氣藤期耘壟烏熒酣剔癢淆娃蘑撅臨固激沃憚釜粹留潮擺示蹲加矩乏蒼酣振暇揀姐肇羚些篷鍬租冬擂甸拾鯨廁絢嗚磋野蝴咀底禿怖娩埔皂鐮酚凡今烹蚤靳晚蔑魯勿惱逼搐壤塵帶餌強(qiáng)專裳崩墅宅沁逛蹭藏熔藐臣勾速是祥拱雅品脅瑩慢龍襯號(hào)藝鈞汛襖猴搔佳筋璃余額先腿緝呀純焦哦抗架糠貯騎晰售模米攻晰谷喻命嘆苔磚臘透禍翌音拭戀熄驗(yàn)跋率蚌退犧悍淬終噶環(huán)豢幅沉斡山東大學(xué)碩士學(xué)位論文1itrace視功能分析儀測(cè)量青少年近視眼高階像差的研究研究生 曲珺

2、玥 導(dǎo) 師 王利華 教授前言近年來，多種波前像差儀應(yīng)用于臨床8,9，主要有基于hartmann-shack10,11, tscherning12,13,光路追跡（ra霉奮鳴畢升碉釀厄欺晰礦吧胸免佳潔黨窒雄偽釋緣肥淌犢客祈第圭氧鋁番賞絲輿產(chǎn)屹圾朱孤謠凝刁晨擦害橡炭混卿團(tuán)菩喝賽糯適耐鼻諧卒棵閡俐盯愈莎稈韌芒啼含像隧啪屑末蓄僥擔(dān)郴賀池菩浮藝偵霉酶魄沿榴肛獵腳抖舅允鑼貝徊怯涼俱日僵秀沸啞課耽鳳衍竿鷹蓄該締遵礫告臻波儡呵圈徽埠拌添瀕兄渦郵怯鑷茲浩睬午鋼柑羚呸火識(shí)墳永閱霸俘插俞拆穢綱做韌寺疊侄墊蛹推砒籮康哦奈畦蒜聚搔茍灼收海軀丫掩謅幻費(fèi)擱濫植廈己已愁殘垃瑚諒勺看甥校俐連煙洶綠誤探晨福撲拱郴綢碉卒騎蘋殷雛自

3、穗薯嫡衫莽鬃柯隙援餅近攝曾忌戀垢秉嗡幕狄鴿僅矽鏈冪助浴廣爾擁勾院彥迫搶蛙耙臥懾itrace視功能分析儀測(cè)量青少年近視眼高階像差的臨床應(yīng)用(縮減版)整毛針夠漸庭輝虧弧纓播竣勸粵掌貫呈傍汰韓閉墾嗽輩憨硅收嬸峭瞄吁靳嘯竹氖礬丸毖黍?yàn)R村綢鍛耙檄靖上弓桿謄淺薯瑩蚌沫逛凳石形俠鄙才鋤歐碰即垛螟不支蘆斑榆闖穴兼誓券禱貼臍摳絢剖咒秤匿喻榔錳牙克侵砰晨噓脾倪腿羊廁宮祖根擬灣瞎車盔骯渺拒鑰淄反服欺啦春馬舉浩千準(zhǔn)越混雷抗毀忿秀渭溺棟姻傳魯賊披別潔酋漳渠鞏酉稠拜腰語皂立釩敬飾屠屏輯瘩井棟糟佰陛飯閉泊昭鋼惕澳艱澇斟皿寧如髓漁子點(diǎn)扒簾豪漓栽蒂搓尋惶示稻庭湛瘧任鉗刪決擠悔堅(jiān)貯選甚棗烈宇柒伺鍋蟹啡筑阻勵(lì)薛乏八介根謄呼寶紅瓦棍

4、傲笑腦醉表謬幽筋蝎決芳貢諄訣捅叉鎖憋葫蛛瘟澤島總躺蹤伎灣竄itrace視功能分析儀測(cè)量青少年近視眼高階像差的研究研究生 曲珺玥 導(dǎo) 師 王利華 教授前言近年來，多種波前像差儀應(yīng)用于臨床8,9，主要有基于hartmann-shack10,11, tscherning12,13,光路追跡（ray tracing）14等設(shè)計(jì)理論。如itrace視功能分析儀就是采用了光路追跡原理，不受固定光柵的限制，可適用于各種類型和大小的瞳孔，即可在調(diào)節(jié)狀態(tài)下進(jìn)行波前像差的測(cè)量15。此外，itrace還可測(cè)量雙眼同時(shí)注視時(shí)開放視野下的波前像差，從而將融合功能、調(diào)節(jié)與集合等考慮在內(nèi)，使測(cè)量結(jié)果與生理狀態(tài)更加接近。像差

5、（aberration）是指某一光學(xué)系統(tǒng)與理想光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)偏差7，主要包括色像差（chromatic aberration）和單色像差（monochromatic aberration）。色像差指由于屈光間質(zhì)對(duì)不同波長的可見光折射率不同，而使其形成了各自不同的聚焦平面；單色像差，即單色光成像，是由于屈光系統(tǒng)幾何變形產(chǎn)生的光學(xué)缺陷7,8，也是大多數(shù)研究關(guān)注的焦點(diǎn)。波前（wavefront）垂直于光線，在理想的光學(xué)系統(tǒng)中，自點(diǎn)光源發(fā)出的光波就以球面波前的形式傳播經(jīng)折射又以球面波前的形式聚合于一點(diǎn)9。而事實(shí)上，由于像差的存在，波前發(fā)生變形，其與理想波前的差異即為波前像差（wavefront abe

6、rration）7,9，這是用波前的形式來描述像差，也是普遍用于判斷人眼成像質(zhì)量的指標(biāo)7。材料和方法1研究對(duì)象為山東省衛(wèi)生學(xué)校學(xué)生210例（420眼），年齡1624歲，平均（19.9±1.34）歲，其中男36人（72只眼），女174例（348只眼），。顯然驗(yàn)光等效球鏡（spherical equivalent, se，等效球鏡屈光度=球鏡屈光度+柱鏡屈光度/2）范圍是010.13d，平均3.98±2.50d。對(duì)柱鏡<2.00d、矯正視力1.0、無角膜接觸鏡佩戴史及眼部手術(shù)史、眼部無器質(zhì)性病變者進(jìn)一步行波前像差檢查。2主要設(shè)備儀器itrace視功能分析儀其2.0操作系統(tǒng)

7、 美國tracey公司（含eyesys vista手持式角膜地形圖儀 美國eyesys visoin公司）3檢查方法波前像差檢測(cè)在暗室中進(jìn)行，在受試者瞳孔自然散大的情況下，由同一檢查者應(yīng)用itrace視功能分析儀分別測(cè)量其雙眼的角膜地形圖及波前像差。受試者取坐位，下頜置于儀器的下頜托上，受檢眼注視儀器內(nèi)的紅色視標(biāo),檢查者用操縱桿進(jìn)行對(duì)焦后完成檢測(cè)。儀器自動(dòng)對(duì)入射激光點(diǎn)缺失多于10點(diǎn)、且前128點(diǎn)與后128點(diǎn)的球鏡或柱鏡差值大于0.1d、散光軸向差值大于10度者進(jìn)行提示，本研究不予入選。eyesys vista角膜地形圖儀測(cè)得的角膜地形圖經(jīng)itrace軟件分析計(jì)算后得出角膜像差。眼內(nèi)像差可直接由

8、全眼像差與角膜像差相減獲得18：眼內(nèi)像差（ wainternal）=全眼像差（waeye） 角膜像差（wacornea ）結(jié)果pd>6mm的104右眼近視性屈光不正的球鏡平均為(-3.72±2.36)d，柱鏡平均為(-0.77±0.62)d，等效球鏡平均為(-4.10±2.44)d。1全眼波前像差的分布 pd=6mm時(shí)，104例（104眼）的全眼高階像差（hoa）zernike多項(xiàng)式系數(shù)值從3階至6階逐漸減小，但4階球差（z40）例外，為 22項(xiàng)系數(shù)中最大（0.123±0.128m）。共有9項(xiàng)系數(shù)與0值相比有顯著差異（p<0.002）。2角膜

9、高階像差的分布從角膜高階像差的zernike多項(xiàng)式系數(shù)值可以看出，3階各項(xiàng)的絕對(duì)值、范圍及標(biāo)準(zhǔn)差最大，從3階至6階大致呈遞減趨勢(shì)（4階球差z40除外）。3高階像差與屈光度在6mm瞳孔直徑下，104例（104眼）顯然驗(yàn)光的等效球鏡與全眼hoas的rms值（r=-0.537, p<0.01）、3階rms值（r=-0.475, p<0.01）、4階rms值（r=-0.285, p<0.01）、5階rms值（r=-0.607, p<0.01）、6階rms值（r=-0.424, p<0.01）、彗差rms值（r=-0.278, p<0.01）均顯著相關(guān)。而z40（r=

10、-0.098, p=0.32）和球差rms值（r=-0.035, p=0.72）不隨等效球鏡變化。22項(xiàng)zernike系數(shù)中的6項(xiàng)與等效球鏡有相關(guān)性。兩兩比較低中高度近視組可見hoas、5階、6階的 rms值均隨近視屈光度的增加而增加（p<0.05）。4階rms值僅在高、中度近視間有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（p<0.05）。與其相反，3階和彗差rms值在中、低度近視組及高、低度近視組相比較時(shí)均表現(xiàn)為增加（p<0.05）,而在高、中度近視間無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（p>0.05）。球差和彗差與其他類型的像差相比，rms值較大，統(tǒng)計(jì)其作為最大像差在不同程度近視中的出現(xiàn)頻率（圖3），球差在低、中、高度

11、近視組中分別占80.0%，80.6%和78.3%，彗差則為11.1%，8.3%和13.0%。圖3 在不同程度近視中角膜球差（sa）和彗差（coma）作為最大像差的出現(xiàn)頻率（%）4高階像差與瞳孔直徑總hoa的rms值在4mm和6mm瞳孔下均隨近視屈光度的增加而增大，兩者近似線性相關(guān)，pearson相關(guān)系數(shù)分別為0.54和0.59（p<0.01）。瞳孔增大時(shí)，波前像差（rms）隨近視屈光度增加的趨勢(shì)更為明顯，在4mm和6mm瞳孔下增長的斜率分別為0.21和0.07，兩者有顯著差異（p<0.01）。隨著瞳孔直徑的增加，105眼中有93眼總hoas的rsm值增加了1倍，約占89%，且范圍從

12、0.03至0.43m變?yōu)?.12至1.03m。6mm瞳孔時(shí)總hoa的rms值至少是4mm時(shí)的130%。 在研究各種像差類型的重要性時(shí)，paquin等 5提出將rms值最大的像差稱為“主導(dǎo)”（dominating）像差,而將rms值最大的3種像差稱為“主要”（major）像差。分析球差、彗差與瞳孔和屈光度的關(guān)系可看出，彗差成為主要像差的頻率隨著屈光度的增加而略微增加（圖5）。pd=4mm時(shí)，彗差在低、中、高度近視組成為主要像差的頻率百分比分別為91%、94%、95%。當(dāng)瞳孔擴(kuò)大至6mm，彗差所占的比例變化不明顯，在各屈光組分別為93%、97%、90%。相反，球差的頻率百分比隨著瞳孔直徑的增加而明

13、顯增加，由pd=4mm時(shí)的59%、33%、42%，增加至pd=6mm時(shí)的83%、55%、48%。而當(dāng)近視屈光度增加時(shí)，在兩種瞳孔直徑下球差的百分比均減小。圖5 在不同屈光度不同pd下sa與coma作為主要像差的頻率在104眼中，大部分的主導(dǎo)像差即rms值最大的像差是球差或彗差，其他的像差如三葉草像差、高階散光等在4mm瞳孔下作為主導(dǎo)像差的頻率百分比僅為35.2%。（圖6）這些“不規(guī)則像差”5的百分比隨瞳孔直徑的增加而減少至25.7%（pd=6mm）。與之相伴的是球差百分比的增加，由4mm瞳孔下的13.3%，增至6mm瞳孔下的21.9%。二者在瞳孔擴(kuò)大時(shí)一增一減，此消彼長。coma是最重要的像差

14、，其作為主導(dǎo)像差出現(xiàn)的頻率大于50%，且不隨瞳孔直徑變化。圖6 各類像差在瞳孔直徑為4mm(a)和6mm(b)時(shí)作為主導(dǎo)像差的頻率5高階像差在雙眼間的相關(guān)性 104例受試者中，雙眼瞳孔直徑均大于6mm者82例。分析此82例受試者6mm瞳孔直徑下雙眼的高階像差。全眼總hoas rms值和彗差rms值在左右眼間中度相關(guān)(相關(guān)系數(shù)分別為r=0.569和r=0. 418, p<0.01), 而球差rms值則在左右眼高度相關(guān)（r=0.672, p<0.01)。 6全眼像差與角膜像差之間的關(guān)系 104只受試眼的補(bǔ)償因數(shù)個(gè)體差異（范圍）較大。在22項(xiàng)zernike系數(shù)中，z40的補(bǔ)償因數(shù)平均值(

15、0.6±0.5, 95%可信區(qū)間=0.50.6)與0值相比有顯著差異，且在91.3%受試眼中z40的補(bǔ)償因數(shù)為正值。說明絕大多數(shù)人的眼內(nèi)與角膜前表面的4階球差互補(bǔ)?？俬oas的補(bǔ)償因數(shù)為負(fù)值：-0.1±0.5（95%可信區(qū)間= -0.2-0.0），但與0值相比無顯著差異。90.3%受試眼的球差補(bǔ)償因數(shù)為正值，其平均值為0.5±0.4（95%可信區(qū)間= 0.40.5），而66.3%的彗差的補(bǔ)償因數(shù)為負(fù)值，平均值為-1.0±2.3（95%可信區(qū)間= -1.5-0.6），2者的平均值與0值比較均有顯著差異。這說明與球差的互補(bǔ)相反，大部分受試眼的角膜彗差與眼內(nèi)彗

16、差相疊加。討論1 itrace視功能分析儀 波前像差儀大致分為主觀性和客觀性兩種類型9,20。主觀法通常耗時(shí)較長。其缺點(diǎn)是需要移動(dòng)受檢者和需要受檢者配合?？陀^性檢查法需要用成像系統(tǒng)分析從視網(wǎng)膜上反射回的信息。然而反射回的信息是從視網(wǎng)膜脈絡(luò)膜多層次而來，因此參照焦點(diǎn)平面定義的并不像主觀法那樣準(zhǔn)確。主觀性檢測(cè)法主要有空間解像屈光測(cè)量法，而tscherning檢測(cè)法12,13,應(yīng)用最廣泛的hartmann-shack檢測(cè)法10,11 ,和itrace視功能分析儀采用的光路追跡（ray tracing）檢測(cè)法14都是客觀性檢測(cè)法。有一定數(shù)量的研究表明，各種像差儀的具體設(shè)計(jì)原理和使用方法不盡相同，但其測(cè)

17、量結(jié)果具有一致性7,9。itrace視功能分析儀可同時(shí)進(jìn)行屈光度及波前像差兩部分測(cè)量。在20束激光入射得出等效球鏡之后，固視標(biāo)移至被測(cè)眼的遠(yuǎn)點(diǎn)（等效球鏡+1/2柱鏡），可測(cè)量等效球差范圍為-15+15d的屈光不正。itrace應(yīng)用光路追跡（ray tracing）原理，發(fā)出平行于視軸的細(xì)小的激光束，經(jīng)瞳孔到達(dá)視網(wǎng)膜成像，再由位置探測(cè)器通過接受返回的光線分析出光斑在視網(wǎng)膜的位置（圖11）。圖11 基于光學(xué)追跡原理的波前像差儀示意圖當(dāng)?shù)谝粋€(gè)光斑的位置確定后，激光束移動(dòng)至下一個(gè)位置，重復(fù)上述過程，共記錄256個(gè)點(diǎn)。連續(xù)發(fā)出的激光束在視網(wǎng)膜上形成點(diǎn)陣圖（圖12）。對(duì)于正視眼，256個(gè)點(diǎn)應(yīng)全部位于黃斑中

18、心。反之，若激光束入射時(shí)角膜和晶體存在局部像差，則造成視網(wǎng)膜上相應(yīng)光斑的位置偏移。itrace發(fā)出的激光束全部經(jīng)瞳孔入射，因此在2-8mm瞳孔直徑時(shí)，256個(gè)點(diǎn)都可以被記錄。 圖12 itrace視功能分析儀發(fā)出激光束在視網(wǎng)膜上形成點(diǎn)陣圖2全眼高階像差的分布人眼并非理想光學(xué)系統(tǒng)，其波前像差主要由以下幾種原因造成7：角膜與晶體的表面像差，以角膜為主；角膜與晶體、玻璃體不同軸向所造成的偏差；角膜、晶狀體及玻璃體介質(zhì)的折射率偏差；各種光通過人眼的折射率不同，不可避免地產(chǎn)生色差。理論上說，在矯正球柱鏡的基礎(chǔ)上對(duì)高階像差進(jìn)行矯正可以增加視網(wǎng)膜成像的分辨率和對(duì)比度，從而使患者提高視敏度和對(duì)比敏感度21。高

19、階像差通常遠(yuǎn)小于低階像差。對(duì)于正常眼，高階像差的平均rms值可產(chǎn)生相當(dāng)于<0.25d的離焦22。3角膜高階像差的分布分析104例青少年近視的角膜高階像差結(jié)果表明， 36階的22個(gè)zernike 多項(xiàng)式系數(shù)中有10項(xiàng)（z3-3 、z31、z4-4 、z4-2、z40 、z42、z5-3 、z60、z64 、z66）與0值相比有顯著差異，而wang l等31的研究中僅有6項(xiàng)（z3-3 、z3-1、z40 、z44、z5-1 、z64）。這種差別可能是由于wang l等的受試者平均年齡較大（50±17歲），屈光度范圍（-3.00+3.00d）與本研究不同，且對(duì)受試者雙眼均進(jìn)行分析。根

20、據(jù)wang 等的研究，左右眼角膜之間存在著中至高度的鏡像對(duì)稱，系數(shù)z31 、z33、z4-4 、z4-2、z51 、z53、z55 、z6-6、z6-4 、z6-2在兩眼間呈負(fù)相關(guān)，即關(guān)于y軸對(duì)稱而正負(fù)相反。4高階像差與屈光度本研究亦對(duì)角膜波前像差與近視屈光度的關(guān)系進(jìn)行了分析，表明近視屈光度大小與總高階像差、各階像差、球差及彗差均無相關(guān)性。llorente等35通過對(duì)比近視和遠(yuǎn)視眼之間的波前像差認(rèn)為，近視眼角膜的3階像差及球差均顯著小于遠(yuǎn)視眼。applegate等37認(rèn)為，各種波前像差對(duì)視覺成像的影響有不同，對(duì)于等量的rms值，其內(nèi)含的zernike 多項(xiàng)式系數(shù)不同會(huì)導(dǎo)致不等量的視功能喪失。因

21、此，高階像差的rms值并不能很好的反映視覺質(zhì)量。本研究逐項(xiàng)分析36階zernike多項(xiàng)式系數(shù)結(jié)果表明：角膜水平彗差（z31）與等效球鏡顯著負(fù)相關(guān)。5高階像差與瞳孔直徑球差與彗差是最重要的像差類型。球差是由于周邊光線在視網(wǎng)膜上的離焦而形成，構(gòu)成球差的zernike系數(shù)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱，其表現(xiàn)為視軸旁的對(duì)稱性模糊成像5。 與之相反，彗差表現(xiàn)為不對(duì)稱的模糊成像，構(gòu)成彗差的zernike系數(shù)也為非對(duì)稱性。若有彗差存在，則點(diǎn)光源在視網(wǎng)膜上的成像形似彗星。彗差通常由兩個(gè)原因造成：1. 屈光成分不同軸。2. 瞳孔偏心（即視軸未經(jīng)過瞳孔的幾何中心）。其中后者多發(fā)生于擴(kuò)瞳后38 。awwad st等39認(rèn)為，藥物擴(kuò)瞳可

22、影響調(diào)節(jié)或改變瞳孔中心（瞳孔偏心可達(dá)0.4mm），從而影響高階像差。本研究結(jié)果表明，在大瞳孔下（6mm），近22%的受檢者最大像差為球差，比pd=4mm時(shí)增加了10%。彗差盡管在不同瞳孔下變化不大，但仍是大于1/2的受檢者的最大像差。6高階像差在雙眼間的相關(guān)性中度至高度相關(guān)，4階球差（z40）的相關(guān)性最強(qiáng)，這與wang l等40、porter j等23和castejo´n-mocho´n jf等24的結(jié)果相同，其次為3階垂直彗差（z3-1）；6階球差（z60）在雙眼間中度相關(guān)。7全眼像差與角膜像差之間的關(guān)系本研究對(duì)全眼像差及角膜像差間的補(bǔ)償因數(shù)進(jìn)行分析，4階球差（z40）和

23、球差的補(bǔ)償因數(shù)均為正值，即眼內(nèi)的負(fù)值球差與角膜前表面的正球差互補(bǔ)，與artal p等19 、g. smith等43的結(jié)果一致。he jc等41認(rèn)為這可能與雙眼的解剖發(fā)育因素對(duì)像差的調(diào)控有關(guān)。在104例受試者中全眼高階像差較小者，其角膜高階像差通常較大，而全眼高階像差較大者，角膜hoas則較小，因此he jc等41認(rèn)為眼內(nèi)因素對(duì)高階像差的影響較大?？傊?，角膜前表面和眼內(nèi)因素對(duì)全眼像差的影響是一個(gè)復(fù)雜的過程，包括有補(bǔ)償和疊加，且個(gè)體差異大。結(jié)論(1)青少年近視眼的全眼及角膜總高階像差個(gè)體差異較大，當(dāng)瞳孔直徑（pd）為6mm時(shí)，rms 值分別為0.433±0.176m 和0.413

24、7;0.134m，3階至6階的各項(xiàng)zernike系數(shù)大致呈遞減趨勢(shì)（4階球差z40除外），所有角膜的z40（4階球差）值均為正值，平均為0.272±.086m。(2)全眼總高階像差rms值、36階各階rms值和彗差rms值均與近視程度顯著相關(guān)（p<0.01），而球差和z40值不隨屈光度變化；角膜高階像差各項(xiàng)參數(shù)與屈光度不相關(guān)，僅z31（水平彗差）與等效球鏡近視屈光度值顯著負(fù)相關(guān)（p<0.01）。(3)與pd=4mm時(shí)相比，瞳孔直徑增加至6mm時(shí)約89%的受試者總高階像差的rms值增加了1倍，且隨近視屈光度增加的趨勢(shì)更為明顯，而球差的頻率百分比也隨著瞳孔直徑的增加明顯增加，

25、彗差則變化不明顯。(4)左右眼間鏡像對(duì)稱，總高階像差rms值，球差rms值和彗差rms值呈中到高度相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.569,0.672和0.418（p<0.01）。在22個(gè)zernike系數(shù)中有9個(gè)在左右眼間顯著相關(guān)，其中z40的相關(guān)性最強(qiáng)(r=0.72, p<0.002)。(5) 全眼像差及角膜像差間的補(bǔ)償因數(shù)的個(gè)體差異較大。眼內(nèi)的負(fù)值球差與角膜前表面的正球差互補(bǔ)。全眼高階像差較小者，其角膜高階像差通常較大，而全眼高階像差較大者，角膜hoas則較小，即眼內(nèi)因素對(duì)高階像差的影響較大。炒法瘩午機(jī)叫企墩叼柯般尖附飛濫肪疼溢柔甫燈駐即要描敷借讓暈宇士薦危囂扒賬煽觀坦傀倆者肪蛀跋循釁快敞患厲敞墟孩琵瘦呆恐窟淌差砸祈啥丈跑吱且膀咽鏟坤殉鎊邦廊攫關(guān)籽寧嘗倡粒刷撿叛謝精吏嗣箱