OPD波前像差分析儀和Pentacam三維眼前節(jié)分析儀對正常人眼角膜球差的特征分析

劉彧琦 王靜 于佳明 徐微 李博文 張勁松

人眼并不是一個完美的光學系統(tǒng)，本身存在著缺陷，使得實際人眼不僅存在離焦和散光等低階像差，還存在彗差、球差等高階像差[1]，這些高階像差明顯影響著人們的視覺質(zhì)量。準確測量及分析人眼的高階像差對于正確引導手術、人眼像差的矯正、術后獲得滿意的視覺效果有重要意義。隨著白內(nèi)障手術技術的發(fā)展，人們需要準確地測量角膜球差值以指導非球面人工晶狀體的選擇。本研究使用OPD波前像差分析儀和Pentacam三維眼前節(jié)分析儀分別測量調(diào)查對象的角膜球差值，對比OPD波前像差分析儀和Pentacam三維眼前節(jié)分析儀在測量角膜球差時的一致性，分析6 mm瞳孔直徑下角膜球差頻數(shù)分布情況，并探討不同年齡段人群的角膜球差特征。

1 資料與方法

1.1 一般資料回顧性選取2017年1月至11月在我院入院做過OPD波前像差分析儀或Pentacam三維眼前節(jié)分析儀檢查的20～89歲調(diào)查對象各350人，分別記作OPD組及Pentacam組。其中OPD組男140人(140眼)，女210人(210眼)，左眼161人，右眼189人，年齡(54.4±19.7)歲。Pentacam組男145人(145眼)，女205人(205眼)，左眼172人，右眼178人，年齡(54.5±19.8)歲。OPD組及Pentacam組均按照年齡再分為7亞組：20～29歲組、30～39歲組、40～49歲組、50～59歲組、60～69歲組、70～79歲組及80～89歲組，每組各50眼。入選標準：(1)年齡≥20～89歲；(2)角膜散光≤1.50 D；(3)無角膜接觸鏡配戴史；(4)瞼裂暴露充分，淚膜正常，瞳孔活動正常。排除標準：(1)患有角膜疾??；(2)嚴重干眼癥患者；(3)有角膜屈光手術史；(4)高度近視(≤-6.00 D)、遠視(≥3.00 D)、角膜散光≥1.50 D；(5)患有嚴重全身系統(tǒng)性疾病及嚴重自身免疫性疾病。

1.2 方法

1.2.1 OPD波前像差分析儀檢查方法在暗室條件下采用NIDEK公司的OPD波前像差分析儀測量被檢者的角膜球差值，調(diào)整好桌面和下頜托的高度，囑被檢者取坐位將下頜置于儀器下頜托上，調(diào)整好頭位，睜大雙眼注視OPD波前像差分析儀中的固視目標。檢查者操作OPD波前像差分析儀把手，使屏幕上的交叉點位于瞳孔中心并調(diào)整焦距，使顯示幕上的Placido盤同心環(huán)影像清晰，再按壓按鈕確定圖像。所有檢查均由熟練操作該系統(tǒng)的同一位醫(yī)師完成。記錄瞳孔直徑為3 mm、4 mm、5 mm、6 mm、7 mm、8 mm、9 mm時的角膜球差值，選取重復性好、淚膜完整的3次檢查結(jié)果取平均值錄入該研究。因散瞳對人眼像差存在一定影響，故本次試驗均在自然瞳孔狀態(tài)下測量。

1.2.2 Pentacam三維眼前節(jié)分析儀檢查方法在暗室條件下采用Pentacam三維眼前節(jié)分析儀測量調(diào)查對象的術前角膜球差值，調(diào)整好桌面和下頜托的高度，囑被檢者取坐位將下頜置于儀器下頜托上，調(diào)整好頭位，睜大雙眼注視Pentacam三維眼前節(jié)分析儀旋轉(zhuǎn)軸中心藍色光帶中的固視目標，適當眨眼，保持角膜濕潤、清晰，減少淚膜不穩(wěn)定所引起的誤差，檢查者使用操作桿按照屏幕指示的方向準確聚焦，完成測量。只接受成像質(zhì)量顯示為“OK”的檢測結(jié)果。所有檢查均由熟練操作該系統(tǒng)的同一位醫(yī)師完成。記錄瞳孔直徑為3 mm、4 mm、5 mm、6 mm、7 mm、8 mm、9 mm時的角膜球差值，選取重復性好的3次檢查結(jié)果取平均值錄入該研究。

2 結(jié)果

2.1 不同瞳孔直徑下兩組被檢者角膜球差值OPD組及Pentacam組被檢者在不同瞳孔直徑下的角膜球差值見表1。由數(shù)據(jù)可以看出，用OPD波前像差分析儀和Pentacam三維眼前節(jié)分析儀檢測到的角膜球差值均隨著瞳孔直徑的增大而增高；瞳孔直徑在3 mm、4 mm、5 mm、7 mm時，兩組角膜球差相比差異均有統(tǒng)計學意義(均為P<0.05)。瞳孔直徑為6 mm、8 mm、9 mm時，兩組角膜球差相比差異均無統(tǒng)計學意義(均為P>0.05)。大瞳孔直徑下，兩種檢查的一致性較好。

表1 不同瞳孔直徑下兩組被檢者角膜球差值

組別角膜球差/μm3 mm4 mm5 mm6 mm7 mm 8 mm9 mmOPD組0.022±0.0180.059±0.0300.137±0.0430.271±0.0690.472±0.1430.748±0.2931.069±0.524Pentacam組0.014±0.0230.049±0.0510.140±0.0960.310±0.1580.547±0.2530.807±0.3891.026±0.610Z值 -6.374-3.868-2.685-0.971-4.135 -1.653-0.654P值 <0.001<0.0010.007 0.332<0.001 0.0980.513

2.2 6 mm瞳孔直徑下角膜球差頻數(shù)分布記錄瞳孔直徑為6 mm時OPD組和Pentacam組被檢者的角膜球差值，繪制頻數(shù)分布表，見表2?？梢钥闯? mm瞳孔直徑時，OPD組和Pentacam組角膜球差分布于0.10～0.40 μm的比例分別為97.71%和66.28%，可見Pentacam三維眼前節(jié)分析儀測得的角膜球差范圍更加廣泛，分布較離散。

表2 6 mm瞳孔直徑下兩組角膜球差頻數(shù)分布情況

組別角膜球差/μm0～0.10>0.10～0.15>0.15～0.20>0.20～0.25>0.25～0.30>0.30～0.35>0.35～0.40>0.40～0.45>0.45～0.50>0.50OPD組0.57%5.14%11.43%22.00%26.00%19.71%13.43%1.14%0.57%<0.10%Pentacam組7.43%6.86%10.57%15.71%14.00%10.00%9.14%7.43%6.29%12.57%

2.3 不同年齡段被檢者角膜球差特征記錄瞳孔直徑為6 mm時OPD組和Pentacam組不同年齡被檢者的角膜球差值，結(jié)果見表3?？梢钥闯鯬entacam三維眼前節(jié)分析儀測得的角膜球差隨著年齡的增長而增大，而OPD波前像差分析儀測得的角膜球差與年齡無明顯關系。

表3 6 mm瞳孔直徑下不同年齡人群角膜球差

組別角膜球差/μm20～29歲30～39歲40～49歲50～59歲60～69歲70～79歲80～89歲OPD組0.281±0.0730.260±0.0870.256±0.0670.280±0.0700.279±0.0650.273±0.0590.270±0.062Pentacam組0.205±0.1090.205±0.1110.216±0.1020.325±0.1130.327±0.1040.438±0.1510.453±0.165

3 討論

點光源發(fā)出光波，光波以發(fā)散的球面波前的形式從光源向外傳播，經(jīng)過理想透鏡后，又以匯聚的球面波前的形式匯集于一點，即波前像點。若透鏡是非理想透鏡，光線則不能匯聚到一點，與其相垂直的波前也不是球面波前，而是形成畸變波前，這種實際球面波與理想球面之間的偏差就形成了波前像差。對于正常眼來說，波前像差的來源主要有：(1)角膜與晶狀體表面不理想，其表面曲率有局部偏差，這會使得角膜及晶狀體的中央與邊緣屈光力不同，從而產(chǎn)生像差；(2)角膜、晶狀體以及玻璃體不在同一軸上；(3)角膜、晶狀體及玻璃體的內(nèi)含物質(zhì)不均勻，使折射產(chǎn)生偏差。

人眼并不是完美的光學系統(tǒng)，會產(chǎn)生離焦和散光等低階像差，以及彗差、球差等高階像差。球差是指由光軸上某一物點向透鏡發(fā)出單一波長的光束，成像時由于透鏡球面上各點的屈光能力不同，使得光束不能匯聚到同一點，而是形成一個以光軸為中心的對稱彌散斑。球差位于視軸，主要包括角膜球差和晶狀體的球差，是對視覺質(zhì)量影響最大的高階像差。

隨著白內(nèi)障手術技術的發(fā)展，人工晶狀體越來越多樣化，其不同的功能也滿足著不同人個性化的需求。其中非球面人工晶狀體因其可以降低球差，使患者獲得更好的術后視覺質(zhì)量而被人們廣泛接受。目前臨床上常用的非球面人工晶狀體包括 Tecnis ZCB00(球差-0.27 μm)、Acrysof IQ(球差 -0.20 μm)和 ASPHINA509M(球差-0.18 μm)。以上非球面人工晶狀體雖球差值不同，但均使白內(nèi)障患者術后眼的球差盡量接近0～0.1 μm，以便達到最理想的視覺質(zhì)量[2]。由此可見，準確測量并分析人眼的角膜球差對于人眼像差的校正、指導非球面人工晶狀體的選擇、正確引導手術以及術后獲得滿意的視覺效果有重要意義。

OPD波前像差分析儀是基于Scheiner原理設計的一種主觀像差分析儀，通過掃描視網(wǎng)膜上網(wǎng)格狀圖案中發(fā)射的測量光線并根據(jù)視網(wǎng)膜反射光到達接收系統(tǒng)的實際時間與理論時間的偏差來計算波前像差值。它可以同時獲取波前像差和角膜地形圖，依據(jù)角膜地形圖計算出角膜球差值。它利用Placido盤投射系統(tǒng)將25～33個圓環(huán)投射到角膜上，最多可提供11 880個點的數(shù)據(jù)，并將Placido盤測量的角膜曲率轉(zhuǎn)化成角膜高度數(shù)據(jù)，但淚膜的完整性對其影響巨大。Pentacam三維眼前節(jié)分析儀是一種應用Scheimpflug攝像機對前房進行立體掃描，并量化包括晶狀體在內(nèi)的所有前房數(shù)據(jù)的眼前節(jié)測量分析儀。它是以藍色二極管激光為光源，2 s內(nèi)完成25次旋轉(zhuǎn)掃描，測量和分析25 000～138 000個角膜數(shù)據(jù)點，以獲得眼前節(jié)的三維立體圖像，通過計算高度差，再進行Zernike多項式計算從而得到角膜前后表面的波前像差[3]。

本研究中，3 mm、4 mm、5 mm、7 mm瞳孔直徑下使用兩種儀器測量的角膜球差值差異均有統(tǒng)計學意義，可能與以下因素有關：第一，基于Placido系統(tǒng)的OPD波前像差分析儀其攝像機在中心，因此中心點的反光最弱。如果角膜不規(guī)則或為圓錐角膜，Placido環(huán)因在角膜高度變形的區(qū)域重疊導致測量數(shù)值可能受到影響。而Pentacam三維眼前節(jié)分析儀的測量方式為旋轉(zhuǎn)測量，在角膜的中心可以獲得較多的測量點，使角膜中心的測量數(shù)據(jù)結(jié)果更加準確[4]。因此，Pentacam三維眼前節(jié)分析儀測量的小瞳孔下的角膜球差值較OPD波前像差分析儀更具有參考性。第二，Pentacam三維眼前節(jié)分析儀測量的角膜數(shù)據(jù)點數(shù)量更為龐大，對于復雜角膜的測量Pentacam三維眼前節(jié)分析儀更為準確。第三，Pentacam三維眼前節(jié)分析儀計算高度數(shù)據(jù)與測量方向及參考點的軸位無關，而且每一高度數(shù)值只能計算出唯一的波前像差，而OPD波前像差分析儀使用的Placido系統(tǒng)是以測得的角膜曲率作為依據(jù)，同一位點角膜曲率可能由于測量方向和參考點的軸位不同而變化，進而導致曲率不唯一，那么計算出的高度和波前像差也就不唯一。故Pentacam三維眼前節(jié)分析儀比基于Placido盤的OPD波前像差分析儀能夠更好地體現(xiàn)角膜的真實形態(tài)。但是Pentacam三維眼前節(jié)分析儀是三維旋轉(zhuǎn)拍照，斷層形態(tài)學推斷得到的前后表面的曲率數(shù)值會影響其結(jié)果的一致性，且其較長的測量時間是否影響測量也有待進一步考察。

本研究用OPD波前像差分析儀檢測6 mm瞳孔直徑下角膜球差為(0.271±0.069) μm，這與我國文獻報道角膜球差(0.266±0.010)μm相似[5]，也與國外以往的研究結(jié)果相一致[6-7]。與Al-Sayyari等[8]報道相似的是，本研究得到的角膜球差標準差較大，我們用OPD波前像差分析儀和Pentacam三維眼前節(jié)分析儀測得6 mm瞳孔直徑下的標準差分別波動于各自均值的±25%、±51%，這說明角膜球差在人群中的波動范圍較大，所以手術時必須個體化地評估。

萬修華等[9]對21位正常眼與21位模擬眼用哈特曼波前傳感器測量波前像差與本研究得到的結(jié)論相似，認為人眼角膜球差具有明顯的瞳孔依賴性并隨瞳孔直徑增大而增高。Zhu等[10]用Pentacam三維眼前節(jié)分析儀檢測6 mm瞳孔直徑下老年性白內(nèi)障患者的角膜球差466眼，50～60歲年齡組角膜球差為(0.322±0.137)μm，61～70歲年齡組為(0.326±0.157)μm，71～80歲年齡組為(0.401±0.182)μm，并認為年齡與角膜球差呈正相關。此結(jié)果與本研究用Pentacam三維眼前節(jié)分析儀的測量結(jié)果較為接近，而與OPD波前像差分析儀的檢測結(jié)果相距甚遠，可能是由于OPD波前像差分析儀攝像時采取的是空氣-淚膜地形圖，淚膜的完整性是保證測量結(jié)果準確的必要條件。淚液過多會堆積在角膜下方，角膜地形圖上則會表現(xiàn)為下方角膜局部變陡；角膜表面干燥、淚膜不完整時，角膜地形圖上則會表現(xiàn)為局部扁平。而隨著年齡的增長，淚液的容積顯著下降，可引起測量準確性顯著降低。正常的淚膜破裂時間為15～45 s，有報道稱，對角膜波前像差影響最小的淚膜是眨眼后的6～8 s，小于6 s及大于8 s波前像差均增大[11]。此外，老年人大多上瞼松弛，檢查時多需用手牽拉提上眼瞼，此時常易壓迫眼球或過度牽拉眼球，亦將造成角膜地形圖形態(tài)的改變。

綜上所述，準確測量、分析人眼的角膜球差能夠為個性化選擇非球面人工晶狀體提供重要指導意見。目前，針對不同角膜球差的患者個性化地設計非球面人工晶狀體仍有待進一步研究。