人工晶狀體的傾斜度和偏心量測量方法的研究進(jìn)展

王珂，潘清，劉文艷，謝艷，沙飛，杜菁

首都醫(yī)科大學(xué)　生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院，北京　100069

人工晶狀體的傾斜度和偏心量測量方法的研究進(jìn)展

王珂，潘清，劉文艷，謝艷，沙飛，杜菁

首都醫(yī)科大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院，北京100069

0　前言

臨床上人工晶狀體（Intraocular Lens，IOL）植入術(shù)主要用于白內(nèi)障摘除術(shù)、屈光性晶狀體置換術(shù)以及有晶狀體眼屈光手術(shù) [1-5]。白內(nèi)障摘除術(shù)后，由于眼內(nèi)沒有晶狀體，眼的總屈光力會(huì)減少，即處于高度遠(yuǎn)視狀態(tài)。為了恢復(fù)正常視力，眼內(nèi)需植入人工晶狀體。目前臨床上主要采用超聲乳化晶狀體摘除、IOL 鞏膜縫合固定術(shù)，或者采用超聲乳化晶狀體摘除、囊袋內(nèi)張力環(huán)聯(lián)合 IOL 的方法治療白內(nèi)障。隨著人工晶狀體植入術(shù)水平的不斷提高，嚴(yán)重的IOL 脫位的情況明顯減少，然而 IOL 的傾斜和偏心仍不可避免 [6-8]。Hayashi 等認(rèn)為，即使在正常情況下，植入的IOL 在眼內(nèi)也會(huì)有 3°的傾斜和 0.3 mm 的偏心 [9]。為了使患者的視力恢復(fù)良好，臨床醫(yī)生越來越關(guān)注術(shù)后人工晶狀體的位置。為了避免人工晶狀體發(fā)生傾斜和偏心，臨床醫(yī)生在術(shù)后會(huì)根據(jù)病人的回訪信息，判斷人工晶狀體的位置變化情況，從而確定二次手術(shù)方案，或改進(jìn)手術(shù)方案。

1　人工晶狀體的傾斜和偏心對(duì)視覺質(zhì)量的影響

人工晶狀體的傾斜和偏心會(huì)導(dǎo)致患者產(chǎn)生散光、眩光、視力下降等癥狀，會(huì)影響屈光狀態(tài)，引起波前像差的改變，妨礙術(shù)后視力和視覺質(zhì)量的恢復(fù)[10-13]。在臨床上，IOL 的傾斜度指的是 IOL 光學(xué)軸與角膜前表面中點(diǎn)與瞳孔幾何中心連線（稱為基線）所成的夾角，IOL 的偏心量指的是 IOL的中心到基線的垂直距離。Uozato 等的研究表明，對(duì)于植入光學(xué)部直徑 6 mm 的 IOL 而言，傾斜度＜ 5°或偏心量＜ 1.0 mm 患者是可以耐受的[10]。Hansen 等的研究表明 IOL偏心 0.5 mm 會(huì)丟失 11％的有效光學(xué)區(qū)域[14]。IOL 的偏心與傾斜會(huì)導(dǎo)致低階像差，出現(xiàn)近視和散光[15-18]。Korynta 等的研究發(fā)現(xiàn) IOL 傾斜 12°、偏心 3 mm 時(shí)，可以造成患者術(shù)后 -7.0D 的近視和 +4.0D 的散光[18]。而在高階像差方面，Turuwhenua 等對(duì)模型眼的研究發(fā)現(xiàn)，IOL 偏心能引起慧差，而合并的 IOL 傾斜方向不同能增大或減小其慧差[19]。

以往手術(shù)中用到的人工晶狀體多是球面IOL，但是球面IOL會(huì)引起球差問題。非球面IOL解決了球面IOL引起的球差增大的問題，可以較好地平衡角膜的正球差，從而改善對(duì)比敏感度[20-23]。Baumeister等指出相對(duì)于球面IOL，非球面IOL在某種程度上可以減少移位所產(chǎn)生的高階像差[24]。帶有負(fù)球差的非球面IOL可以補(bǔ)償角膜正球差，使全眼球差接近于零，但I(xiàn)OL在囊袋內(nèi)的位置必須居中，一旦發(fā)生傾斜或偏心，這種優(yōu)勢就會(huì)迅速喪失甚至轉(zhuǎn)化為劣勢[25-26]。朱海豐等構(gòu)建眼模型來研究不同傾斜度和偏心量情況下不同球差的IOL對(duì)視功能的影響[27]，其結(jié)果顯示，IOL在眼內(nèi)無偏心和傾斜時(shí)，負(fù)球差I(lǐng)OL對(duì)人眼視功能的改善優(yōu)于零球差I(lǐng)OL和正球差I(lǐng)OL；偏心和傾斜程度一定時(shí)，負(fù)球差I(lǐng)OL球差值越大，人眼的視功能降低越明顯；與正球差和負(fù)球差I(lǐng)OL相比，零球差I(lǐng)OL傾斜和偏心對(duì)眼的視功能影響較小，即在IOL偏心量為1.0mm和傾斜度為10°（臨床上認(rèn)為該傾斜度和偏心量已會(huì)使人眼有明顯視覺不適）的情況下，零球差I(lǐng)OL仍能表現(xiàn)出良好的光學(xué)性能，較好地改善人眼視功能。

造成IOL傾斜和偏心的因素很多，主要原因有襻的不對(duì)稱性固定方式（囊袋-睫狀溝固定）、撕囊技術(shù)（撕囊不連續(xù)、撕囊口不圓不居中）、囊袋不對(duì)稱性收縮、懸韌帶薄弱、皮質(zhì)殘留、囊膜夾持及IOL材料與設(shè)計(jì)等。因此獲得可靠的人工晶狀體的傾斜度和偏心量對(duì)評(píng)價(jià)手術(shù)方案以及改進(jìn)手術(shù)操作具有重要作用。

2　IOL傾斜度和偏心量的測量方法

目前臨床上獲取IOL圖像的方法有普肯野（Purkinje）影像法[28]、超聲生物顯微鏡（Ultrasound Biomicroscopy，UBM）法、眼前段光學(xué)相干斷層掃描（Anterior segment Optical coherence tomography，AS-OCT）法和三維眼前段分析（Pentacam）法。

Purkinje方法簡單，能夠測量人工晶狀體的傾斜度和偏心量。在Purkinje影像法中，角膜前表面反射投影光線形成第1普肯野影像，人工晶狀體的前、后表面則形成第3、第4普肯野影像。假設(shè)Purkinje影像位置、眼睛旋轉(zhuǎn)角度、晶狀體傾斜度和偏心量是線性關(guān)系，通過Purkinje第1、3和4象限的相對(duì)位置可得到傾斜度和偏心量，而線性方程中的系數(shù)是通過Zemax軟件中眼模型獲得的[29]。但由于此方法主要依賴于人工晶狀體的前后表面曲率半徑的值，那么對(duì)于扁平的人工晶狀體來說，普肯野法得到的第3、4反射圖像只能顯示部分人工晶狀體前后表面，會(huì)直接影響曲率半徑的值，勢必影響傾斜度和偏心量的最終結(jié)果[30-33]。

UBM是臨床檢查IOL傾斜和偏心常用的設(shè)備。檢測IOL時(shí)，患者取仰臥位，表面麻醉后，在上下眼臉間置入專用眼杯（內(nèi)含適量接觸劑），檢測并獲取UBM圖像。以虹膜平面為參照，做IOL光學(xué)部的直徑連線，經(jīng)中點(diǎn)作垂線，垂線與基線的交角即為傾斜度；經(jīng)IOL直徑的中點(diǎn)的垂線與IOL前表面的交點(diǎn)至基線的垂直距離即為偏心量。UBM圖像中，測量晶狀體兩端邊緣到虹膜的距離若相等，可以判斷IOL未發(fā)生傾斜[34-35]。雖然UBM能清晰地看到IOL的位置，判定其是否傾斜和偏心，但它是一種接觸性的檢查方法，而且眼球受擠壓變形會(huì)影響測量的結(jié)果[33]。

Pentacam儀是一種非接觸、高分辨率、快速成像的儀器。檢查時(shí)，患者散瞳后坐于Pentacam儀前方，下頜置于托架上，單只被檢眼注視儀器內(nèi)中心視標(biāo)，Scheimpflug攝像機(jī)在2s內(nèi)旋轉(zhuǎn)兩周，每隔7°采集1幀Scheimpflug圖像，共25幀，1s完成25條掃描線，經(jīng)角膜、虹膜、晶狀體各層次的反射，測量并分析25000個(gè)點(diǎn)，獲取25個(gè)方位的掃描裂隙圖像，得到眼前段三維彩色圖像顯示和數(shù)據(jù)。檢測時(shí)，Pentacam儀的中央二級(jí)管發(fā)出波長為475n m的裂隙狀藍(lán)光垂直進(jìn)入眼內(nèi)，在眼前節(jié)產(chǎn)生的反射光進(jìn)入Scheimpflug攝像機(jī)內(nèi)，形成眼前節(jié)裂隙圖像。Pentacam儀能分辨IOL光學(xué)部的前后界面，獲得IOL在眼內(nèi)的三維圖像，其可重復(fù)性好、精確度高[36-37]。它還可以測量前房深度，了解術(shù)后IOL在縱軸上的位置改變。Pentacam法利用圖像處理軟件（Image-ProPlus軟件）能快速地得到IOL的傾斜度和偏心量。（Image-proplus軟件先用最佳擬合方法擬合每張圖像中IOL的前后表面和虹膜平面，從而確定IOL光學(xué)軸、IOL中心的位置和瞳孔中心位置，再計(jì)算相應(yīng)的傾斜度和偏心量；通過測量IOL光軸與視軸之間的角度，獲得IOL傾斜度；通過測量IOL的中心到瞳孔軸的垂直距離，獲得IOL的偏心距離；最后分別取最大值作為IOL傾斜和偏心的最終結(jié)果。此設(shè)備價(jià)格比較貴，只有大型?？漆t(yī)院會(huì)使用。

AS-OCT儀是一種非接觸、快速成像的儀器。檢查時(shí)，選擇所需的掃描類型，被檢者將下頜置于下頜托上，前額緊貼額托，注視固視目標(biāo)。掃描開始時(shí)，調(diào)整患者的固視角，使視軸與眼軸相一致，同時(shí)使掃描線的中點(diǎn)正好經(jīng)過角膜中央反光點(diǎn)，以監(jiān)視屏的圖像出現(xiàn)角膜反射為標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)備有內(nèi)固視和外固視兩個(gè)固視裝置，可以矯正患者的遠(yuǎn)視力，一定程度上減少了調(diào)節(jié)誤差[35-36]。AS-OCT儀掃描光線經(jīng)過角膜前表面中心，以眼軸為旋轉(zhuǎn)軸，360°掃描眼球，每一掃描方向上獲得若干張圖像。由于IOL被虹膜等不透明組織遮擋，圖像只顯示部分IOL表面。圖像分析采用AS-OCT系統(tǒng)軟件或是MBRul e r測量軟件進(jìn)行標(biāo)記和測量，AS-OCT儀內(nèi)部自帶的分析系統(tǒng)中的Angle和Caliper工具可對(duì)圖像上任意線段、角度等參數(shù)進(jìn)行測量。AS-OCT系統(tǒng)軟件與MB-Ruer 軟件都是先確定每幅圖像中IOL中心點(diǎn)和鞏膜突的位置、計(jì)算出相應(yīng)的傾斜度和偏心量，而后取最大值作為IOL傾斜和偏心的最終結(jié)果。臨床上選取旋轉(zhuǎn)拍攝圖像中傾斜度和偏心量最大的數(shù)值作為其最終值。此設(shè)備價(jià)格比較貴，只有大型專科醫(yī)院會(huì)使用。

3　不足

Purkinje方法簡單，但此方法主要依賴于人工晶狀體前后表面曲率半徑的值，不適用于扁平的人工晶狀體。UBM法雖然能清晰地看到IOL的位置，但它是一種接觸性的檢查方法。Pentacam法能快速地得到IOL的傾斜度和偏心值，但是該方法需要擴(kuò)瞳，這樣會(huì)導(dǎo)致瞳孔中心不是真實(shí)的瞳孔中心，所以測出的偏心量是IOL中心到非真實(shí)的瞳孔軸的距離，因此在應(yīng)用中有一定的局限性[30-31]。

AS-OCT法是一種非接觸性的測量和分析眼節(jié)前段結(jié)構(gòu)的常用方法。但是在臨床實(shí)踐和研究中發(fā)現(xiàn)基于同一旋轉(zhuǎn)角度的不同圖像測出的IOL的傾斜度和偏心量是不一樣的。從空間幾何角度來看，無論同一掃描角度拍攝多少幅圖，測出的IOL的傾斜度和偏心量應(yīng)該是一樣的，可是AS-OCT同一角度掃描的多幅圖中測出的傾斜度和偏心量是不同的，甚至相差很大，這會(huì)增大醫(yī)生準(zhǔn)確判斷IOL傾斜度和偏心量的難度。如果從這些圖像的測量結(jié)果中取最大值作為IOL的傾斜度和偏心量，勢必會(huì)存在誤差。

在以往研究中，KumarDA等選取四幅對(duì)稱方向的AS-OCT圖像，借助matlab軟件做最佳圓形擬合，求出IOL的傾斜度，但并未得到偏心量，而是取其中最大值作為IOL的傾斜度和偏心量的最終值[36]。由于A S-O CT掃描角度是有限的，所以并不能保證拍攝的圖像中有實(shí)際的IOL傾斜度和偏心量最大的圖像，因此得到的結(jié)果存在一定偏差。郁蘇娟等通過幾何學(xué)的方法計(jì)算得到IOL的傾斜度和偏心量，其方法涉及到先后兩次最小二乘擬合運(yùn)算，可能會(huì)造成誤差的疊加[37]。因此尋求IOL的傾斜度和偏心量的精確估算方法是尤為重要的。

4　展望

了解術(shù)后可靠的IOL傾斜度和偏心量的狀況是非常重要的，雖然目前的技術(shù)手段能夠得到非常逼真的IOL圖像，但由于分析方法的制約，目前還缺乏獲取IOL傾斜度和偏心量的金標(biāo)準(zhǔn)方法，而且大量臨床研究工作都是在探討不同技術(shù)手段所獲得的傾斜和偏心結(jié)果的異同。由于現(xiàn)有的測量儀器在測量中存在一定偏差，本文認(rèn)為在確定IOL傾斜度和偏心量時(shí)，可以利用AS-O CT圖像，依據(jù)IOL表面特點(diǎn)，確定IOL的幾何模型，通過計(jì)算得到較準(zhǔn)確的IOL傾斜度和偏心量；在此基礎(chǔ)上研發(fā)出適合臨床使用的測量人工晶狀體的傾斜度和偏心量的軟件，輔助AS-O CT掃描儀，并與臨床手術(shù)相結(jié)合，進(jìn)一步確認(rèn)IOL在眼內(nèi)的精確位置，更有效地輔助臨床醫(yī)生的診斷分析。

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作者郵箱：wangk78@sina.com

[中圖分類號(hào)]R318.1

[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A

doi：10.3969/j.issn.1674-1633.2014.02.019

[文章編號(hào)]1674-1633(2014)02-0066-04

收稿日期：2013-05-21

通訊作者：杜菁，副教授，首都醫(yī)科大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院計(jì)算機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)室主任。

Research Progress of Measuring Methods of Tilt and Decentration of Intraocular Lens

WANG Ke, PAN Qing,LIU Wen-yan, XIE Yan,SHA Fei, DU Jing
College of Biomedical Engineering, Capital Medical University, Beijing 100069, China

[摘要]本文介紹了人工晶狀體的傾斜和偏心對(duì)術(shù)后視力和視覺質(zhì)量的影響，總結(jié)了臨床上人工晶狀體傾斜度和偏心量的測量方法，并分析了這些方法的不足，指出了人工晶狀體傾斜度和偏心量的測量方法的發(fā)展趨勢。

[關(guān)鍵詞]人工晶狀體；視覺質(zhì)量；傾斜度；偏心量

Abstract：This paper introduces the effect of IOL tilt and decentration on visual acuity and visual quality, and summarizes the clinical measuring methods of IOL tilt and decentrtion. The def i ciencies of these measuring methods are also discussed in this paper. This paper also points out the development trend of measuring methods of IOL tilt and decentrtion.

Key words：intraocular lens; visual quality; tilt; decentration