近視眼角膜高階像差和屈光度及角膜曲率的相關(guān)性分析

陽　雪，龍　琴

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·臨床論著·

近視眼角膜高階像差和屈光度及角膜曲率的相關(guān)性分析

陽雪，龍琴

Citation:Yang X, Long Q.Corneal high order aberrations in adults with myopia: correlations with myopic degree and keratometry.GuojiYankeZazhi(IntEyeSci) 2016;16(6):1043-1047

摘要

目的：通過測量近視眼角膜高階像差，探討其與屈光度和角膜曲率等參數(shù)的相關(guān)性。

方法：選取單純近視患者63例126眼，行眼科常規(guī)檢查、角膜地形圖及角膜波前像差檢查。統(tǒng)一選取右眼，按等效球鏡度分為中低度近視組(<-6.00D)和高度近視組(≥-6.00D)，比較兩組患者的第三、四、五階主要角膜高階像差并分析其與屈光度、角膜曲率、眼內(nèi)壓、中央角膜厚度和年齡的相關(guān)性。用Kolmogorov-Smirnov Test進行數(shù)據(jù)的正態(tài)性分布檢驗，兩樣本間比較采用獨立樣本t檢驗，兩連續(xù)變量間相關(guān)分析采用Pearson相關(guān)分析。

結(jié)果：中低度近視和高度近視組間四葉草像差(Z44)有統(tǒng)計學差異(t=2.51，P=0.02)；高度近視組眼內(nèi)壓與次級水平三葉草(Z5-3)呈顯著負相關(guān)(r=-0.52，P=0.01)，中央角膜厚度與四葉草像差(Z4-4)呈顯著正相關(guān)(r=0.43，P=0.03)；中低度近視組角膜高階像差參數(shù)與屈光度參數(shù)間無相關(guān)性(P>0.05)，高度近視組等效球鏡度和球鏡度與總彗差(TCA)呈負性相關(guān)(r=-0.57，P=0.002；r=-0.55，P=0.003)；中低度近視組及高度近視組的平均角膜屈光力、陡峭角膜屈光力及平坦角膜屈光力與初級球差(Z40)均有顯著正性相關(guān)(中低度組：r=0.40，P=0.02；r=0.39，P=0.02；r=0.40，P=0.02；高度組：r=0.55，P=0.03；r=0.51，P=0.01；r=0.57，P=0.01)，高度近視組次級傾斜三葉草(Z53)與陡峭角膜屈光力呈顯著負相關(guān)(r=-0.4，P=0.04)。

結(jié)論：近視眼角膜高階像差的某些組成成分受屈光度和角膜曲率的影響，其中角膜球差受角膜曲率影響，呈顯著正性相關(guān)，高度近視患者總彗差受球鏡度和等效球鏡度的影響，呈顯著負性相關(guān)。

關(guān)鍵詞：角膜高階像差；近視；屈光度；角膜曲率

引用：陽雪，龍琴.近視眼角膜高階像差和屈光度及角膜曲率的相關(guān)性分析.國際眼科雜志2016;16(6):1043-1047

0引言

準分子激光角膜屈光手術(shù)自1994年在國內(nèi)應用以來,借助相關(guān)設(shè)備的開發(fā)應用，更趨向于精準和微創(chuàng)，其通過改變角膜前表面形態(tài)矯正屈光不正，但同時增大了高階像差[1]。波前像差概念的引入為其個體化切削方案的制定提供了可靠的理論及技術(shù)支持，一定程度上改善了傳統(tǒng)屈光手術(shù)后由于高階像差增加導致的眩光和對比敏感度降低等癥狀。目前常用的波前像差檢查儀包括全眼像差儀和角膜像差儀。全眼像差主要由角膜像差及晶狀體像差組成。由于晶狀體具有強大的調(diào)節(jié)力，故全眼像差個體差異較大，其高階像差可隨眼部調(diào)節(jié)及瞳孔大小而變化[2]，為波前像差引導手術(shù)帶來一定干擾。角膜像差占全眼波前像差的80%左右[3]，不易受瞳孔、晶狀體等因素的影響，具有較可靠的應用價值。由于角膜高階像差在視覺成像質(zhì)量上的顯著意義，本研究通過測量成人近視眼角膜高階像差和角膜曲率及屈光參數(shù)，探討角膜高階像差與屈光度和角膜曲率等相關(guān)性，以期更好地指導臨床工作。

1對象和方法

1.1對象選取2014-05/2015-06就診于我院眼科，擬行準分子激光角膜屈光手術(shù)并排除其他角膜及眼部、全身病變的單純近視患者63例126眼，其中女44例88眼，男19例38眼，年齡19～45(平均29.35±7.09)歲。裸眼視力0.07～0.5(平均0.14±0.13)；最佳矯正視力0.8～1.2(平均1.04±0.09)；球鏡度-1.00～-11.25(平均-5.36±2.36)D，柱鏡度0～-2.75(平均-0.92±0.75)D。根據(jù)等效球鏡度(spherical equivalence, SE)將其分為中低度近視組(<-6.00D)及高度近視組(≥-6.00D)，其中中低度近視組36例72眼，平均年齡30.21±7.65歲，男女比例1∶2；高度近視組27例54眼，平均年齡28.87±8.63歲，男女比例7∶20，兩組基本資料見表1。中低度近視組及高度近視組經(jīng)K-S檢驗，兩組間各樣本均符合正態(tài)分布。通過獨立樣本t檢驗，兩組間年齡、性別、IOP、CCT及Cyl均無明顯統(tǒng)計學差異(P≥0.05)。

1.2方法所有患者檢查前均停戴角膜接觸鏡至少2wk。對研究對象進行以下眼科檢查：裸眼視力、裂隙燈檢查、散瞳間接眼底鏡檢查、非接觸式眼壓(intraocular pressure, IOP)(日本Canon公司TX-20型)、主客觀驗光、角膜厚度(central corneal thickness, CCT)、角膜地形圖(日本TOMEY公司TMS-4型)，并用Keratron Scout角膜波前像差分析儀(keratron scout OPTIKON 2000，軟件為SCHWIND CAM OPTIKON Scout SW版本，德國SCHWIND公司)進行角膜高階像差分析。

角膜高階像差的具體檢查方法：明適應于瞳孔自然狀態(tài)下，由同一檢查者對患者雙眼進行3次檢查。檢查時充分暴露角膜，盡量保持角膜反射環(huán)完整且清晰，檢查結(jié)果重復性良好，從檢查結(jié)果中擇優(yōu)選取一幅進行分析。圖像選取標準：(1)offset值<2.0；(2)范圍大于8mm；(3)淚膜均勻。取6mm瞳孔直徑時檢查結(jié)果。通過分析儀自動轉(zhuǎn)換，獲得角膜像差數(shù)據(jù)。由于同一個體雙眼生物學上的高度相關(guān)性及鏡面對稱性[4]，所有患者統(tǒng)一選取右眼參與統(tǒng)計分析。記錄數(shù)據(jù)包括：角膜總高階像差(total higher order aberrations，THOAs)、總彗差(total coma aberration，TCA)、垂直彗差(Z3-1)、水平彗差(Z31)、傾斜三葉草(Z3-3)、水平三葉草(Z33)、初級球差(Z40)、X-向次級像散(Z42)、Y-向次級像散(Z4-2)、垂直四葉草(Z4-4)、水平四葉草(Z44)、次級垂直彗差(Z5-1)、次級水平彗差(Z51)、次級傾斜三葉草(Z53)、次級水平三葉草(Z5-3)。角膜地形圖檢查獲得平均角膜屈光力(average K，AK)、陡峭角膜屈光力(K steep, Ks)及平坦角膜屈光力(K flat, Kf)數(shù)值。

統(tǒng)計學分析：所有數(shù)據(jù)采用SPSS19.0統(tǒng)計軟件進行處理。用Kolmogorov-Smirnov Test(K-S檢驗)進行數(shù)據(jù)的正態(tài)性分布檢驗，兩樣本間比較采用獨立樣本t檢驗，兩連續(xù)變量間相關(guān)分析采用Pearson相關(guān)分析。以P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2結(jié)果

2.1中低度近視組和高度近視組間的角膜高階像差比較除四葉草像差(Z44)兩組間有統(tǒng)計學差異(t=2.51，P=0.02)外，其余角膜高階像差項兩組間均無統(tǒng)計學差異(P≥0.05)，見表2。

2.2角膜高階像差的相關(guān)性分析角膜高階像差的相關(guān)性分析見表3、4。

2.2.1角膜高階像差與年齡和眼壓及角膜厚度的相關(guān)性分析除高度近視組IOP與Z5-3呈顯著負相關(guān)(r=-0.52，P=0.01)及CCT與Z4-4呈顯著正相關(guān)(r=0.43，P=0.03)外，中低度近視組和高度近視組其余角膜高階像差各參數(shù)與年齡、IOP及CCT均無相關(guān)性(P≥0.05)。

2.2.2角膜高階像差與屈光度的相關(guān)性分析中低度近視組角膜高階像差參數(shù)與屈光度參數(shù)間均無相關(guān)性(P≥0.05)；高度近視組SE和Sph與TCA呈顯著負性相關(guān)(r=-0.57，P=0.002；r=-0.55，P=0.003)，其余屈光度參數(shù)與角膜高階像差參數(shù)間均無相關(guān)性(P≥0.05)。

表1中低度近視組與高度近視組基本資料比較

注：IOP：眼內(nèi)壓；CCT：中央角膜厚度；Sph：球鏡度；Cyl：柱鏡度。

表2中低度近視組與高度近視組角膜高階像差均方根值比較

表3中低度近視組角膜高階像差均方根值與各指標的相關(guān)性

注：* ：P<0.05。

表4高度近視組角膜高階像差均方根值與各指標的相關(guān)性

注：*:P<0.05。

2.2.3角膜高階像差與角膜曲率的相關(guān)性分析中低度近視組及高度近視組的AK，Ks和Kf與Z40均有顯著正相關(guān)性(中低度組：r=0.40，P=0.02；r=0.39，P=0.02；r=0.40，P=0.02；高度組：r=0.55，P=0.03；r=0.51，P=0.01；r=0.57，P=0.01)，高度近視組Z53與Ks呈顯著負相關(guān)(r=-0.4，P=0.04)，其余均無相關(guān)性(P≥0.05)。

3討論

人眼是一個存在多種像差的屈光系統(tǒng)，其中角膜像差占全眼像差的主要部分[1，5]。在角膜Zernike高階像差圖中，中軸位置像差對視覺質(zhì)量影響較周邊像差明顯，同時第三階和第四階對視覺質(zhì)量的影響最大[6]，第五階及更高階者影響逐層遞減，只有瞳孔較大時才會顯露出來。對于人眼，6階以上的高階像差對視覺影響很小，可以忽略不計。臨床上進行像差引導的個性化切削時考慮最多的是第3、4和5階像差，故本文對以上三階像差居于中軸的項目進行了分析。

像差影響著視網(wǎng)膜成像系統(tǒng)，在視覺質(zhì)量的形成上具有重要意義。以往對于近視屈光度與全眼高階像差的相關(guān)性研究較多，但所報道的研究結(jié)果不盡相同。有結(jié)果顯示近視眼全眼高階像差高于正視眼，因此認為高階像差在近視的發(fā)生發(fā)展中可能起到一定作用[7-8]，然而部分研究卻得出高階像差與屈光度無相關(guān)性的結(jié)論[9]。本次研究僅發(fā)現(xiàn)中低度近視和高度近視患者在四葉草像差方面的組間差異，盡管該項像差均方根(root mean square，RMS)值較小，然而在相關(guān)性分析中發(fā)現(xiàn)屈光度組分和角膜高階像差組分間的部分相關(guān)性，仍提示屈光度與角膜高階像差存在一定關(guān)聯(lián)，擴大樣本量將有利于進一步揭示兩者之間的關(guān)系。

在全眼高階像差的研究中，對彗差的研究頗為熱門。研究發(fā)現(xiàn)，并非所有全眼高階像差都降低視覺質(zhì)量，甚至部分高階像差，如垂直彗差，可能對視覺質(zhì)量有益[10]，故在進行個體化屈光手術(shù)設(shè)計時不可一概而論。相關(guān)文獻報道提示垂直彗差可能有助于良好視覺質(zhì)量的形成，應在波前像差引導的角膜屈光手術(shù)設(shè)計時予以考慮[11]。本次研究發(fā)現(xiàn)高度近視組球鏡度與角膜總彗差呈顯著負性相關(guān)，說明高度近視患者角膜總彗差隨球鏡度增加而增加，其視覺質(zhì)量不僅受低階像差影響，高階像差的影響也較非高度近視人群明顯。彗差對應角膜前表面對稱性，彗差增大即角膜前表面對稱性下降。本研究所出現(xiàn)的結(jié)果考慮可能與高度近視患者眼軸進行性增長導致角膜前表面曲率變化，角膜前表面對稱性隨之下降有關(guān)。

由于角膜屈光手術(shù)對角膜前表面影響較大，因此，基于角膜前表面數(shù)據(jù)的角膜像差儀為臨床評估角膜像差的意義提供可能。有文獻表明，對于不同近視度的角膜高階像差，其區(qū)別主要體現(xiàn)在球差上，散光對角膜高階像差的某些組分存在影響，其中對彗差的影響較大[12]。同時高度近視患者的球鏡度及散光度對角膜彗差均有影響[13]。本次研究發(fā)現(xiàn)高度近視組球鏡度與角膜彗差呈顯著負性相關(guān)，同樣驗證了以上觀點。低階像差為人眼自然狀態(tài)下最顯著像差，同時以上研究發(fā)現(xiàn)低階像差對高階像差具有影響，因此在波前像差引導的屈光手術(shù)時，對球鏡、散光等低階像差應精確測量，從而降低術(shù)源性高階像差的產(chǎn)生，提高術(shù)后視覺質(zhì)量。然而，本研究未發(fā)現(xiàn)散光度和角膜高階像差的顯著相關(guān)性，考慮與樣本量小和本研究中患者的散光度較低有關(guān)。

角膜形態(tài)是影響角膜像差的另一重要因素，其非球面特性減少了周邊光線入射所產(chǎn)生的球差，同時角膜形態(tài)也主要以角膜前、后表面的曲率等參數(shù)體現(xiàn)。角膜球差由角膜周邊入射光線與近軸光線間聚焦差異導致，代表了角膜中心曲率與周邊曲率的平衡關(guān)系[14]。準分子激光角膜屈光手術(shù)因改變了角膜原有的非球面性，使球差增大，視覺質(zhì)量降低[15]。楊璐等[16]通過對青年人群近視眼的角膜高階像差與角膜前表面曲率、散光等參數(shù)進行相關(guān)性分析，指出角膜球差與角膜前表面曲率呈明顯正相關(guān)。本研究發(fā)現(xiàn)中低度近視組和高度近視組的角膜曲率與角膜球差存在顯著正相關(guān)性，與其報道一致。因此對于角膜曲率較大者，角膜屈光手術(shù)時采用非球面設(shè)計以減少術(shù)源性球差的產(chǎn)生，對術(shù)后良好視覺質(zhì)量的形成有益。劉麗清等[14]研究提示盡管角膜后表面波前像差RMS值遠小于前表面波前像差RMS值，其對前表面像差仍具有復雜的補償作用。本次研究并未對角膜后表面形態(tài)予以測量，研究所用的Keratron Scout角膜波前像差分析儀僅顯示角膜前表面曲率，是該設(shè)備的不足之處。

隨著年齡的增加，角膜中央厚度變薄[17]，抵抗眼內(nèi)壓能力變小，角膜結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定性增加，同時角膜纖維及其間隙等均勻性降低，非對稱性增加，可能影響角膜非球面特性及導致高階像差增加[18]。本次研究未發(fā)現(xiàn)角膜高階像差與年齡的顯著相關(guān)性，其原因一方面可能與本次研究對象年齡范圍跨度較窄(19～45歲)有關(guān)，有文獻顯示18～40歲人群像差隨年齡改變并不明顯[19]；另一方面，根據(jù)許琛琛等[20]研究顯示，不同瞳孔直徑可導致年齡與角膜前表面高階像差相關(guān)性變化，瞳孔較小時年齡與角膜前表面高階像差相關(guān)性較差，本次研究選取瞳孔直徑6mm數(shù)據(jù)亦可對此產(chǎn)生相應影響。

以往研究對于角膜高階像差與中央角膜厚度及眼內(nèi)壓之間的相關(guān)性尚無統(tǒng)一結(jié)論及解釋[14, 21-22]，本次研究僅發(fā)現(xiàn)高度近視組IOP與次級傾斜三葉草呈顯著負相關(guān)，及CCT與四葉草像差呈顯著正相關(guān)，考慮原因為中央角膜厚度反映了角膜的代謝及水合作用，在健康人群當中一般非常穩(wěn)定，故其對角膜高階像差影響極??；而眼內(nèi)壓雖然對角膜存在生物力學的支持作用，使角膜具有向外擴張趨勢，但角膜受力均勻?qū)ΨQ，因此引起不規(guī)則角膜高階像差增加可能性較小。以上兩項高階像差均方根值極小，對人眼視覺質(zhì)量影響較小，故臨床指導意義不大[23]。

相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，角膜和晶狀體像差存在補償和疊加關(guān)系以維持人眼總體像差的平衡，且兩者間相互作用的個體差異較大[24]。同時因各階像差不同組合方式可對視覺質(zhì)量產(chǎn)生或優(yōu)或劣的影響，高階像差總量不能預測視覺質(zhì)量[25]。因此進行屈光手術(shù)時不可以完全消除像差為目的，而需與全眼球像差數(shù)據(jù)進行綜合考慮，針對像差成分中對視覺質(zhì)量產(chǎn)生顯著影響的組分進行矯正，尋求整體像差的平衡，從而優(yōu)化手術(shù)效應。

綜上所述，本研究通過測量近視眼角膜高階像差和屈光參數(shù)，發(fā)現(xiàn)近視眼角膜高階像差的某些組成成分受屈光度和角膜曲率的影響，其中角膜球差受角膜曲率影響，呈顯著正性相關(guān)，高度近視患者總彗差受球鏡度的影響，呈顯著負性相關(guān)。因此計劃角膜屈光手術(shù)時采用非球面設(shè)計，以及對高度近視患者比中低度近視患者更加重視降低高階像差及減少術(shù)源性高階像差導入，可能更有益于術(shù)后視覺質(zhì)量。

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Corneal high order aberrations in adults with myopia: correlations with myopic degree and keratometry

Xue Yang, Qin Long

Foundation item:National Natural Science Foundation of China (No.81070755)

Department of Ophthalmology, Peking Union Medical College Hospital, Peking Union Medical College, Chinese Academy of Medical Sciences, Beijing 100730, China

Correspondence to:Qin Long. Department of Ophthalmology, Peking Union Medical College Hospital, Peking Union Medical College, Chinese Academy of Medical Sciences, Beijing 100730, China. longqinbj@hotmail.com

Received：2015-11-13Accepted：2016-05-10

Abstract

?AIM: To investigate the corneal high order aberrations in adults with myopia and to study its correlations with myopic degree and keratometry.

?METHODS: A total of 63 patients (126 eyes) from the ophthalmology department of our hospital were included in this study during May 2014 to June 2015. Visual acuity, intraocular pressure (IOP), diopter, slit lamp examination, central corneal thickness (CCT), funduscopic examination, corneal topography and corneal total higher order aberrations (THOAs) were recorded. Right eye was selected. According to the spherical equivalence (SE), 63 eyes were divided into two groups, the mild to moderate myopia group (M-M group, SE<-6.00D) and the high myopia group (H group, SE≥-6.00D). The correlations of corneal THOAs with diopter, keratometry, IOP and CCT were analyzed. Kolmogorov-Smirnov Test was used for normality test. Independent-samples t test was used for comparison between two groups. Pearson correlation analysis was for comparison between two continuous variables.

?RESULTS: Z44was found a statistic difference between the M-M group and H group (t=2.51，P=0.02). IOP was negatively correlated with Z5-3(r=-0.52，P=0.01), and CCT was positively correlated with Z4-4(r=0.43，P=0.03) in H group. There was no correlation between higher order aberrations and SE in M-M group (allP>0.05) Total coma aberration (TCA) was negatively correlated with SE (r=-0.57，P=0.002) and spherical degree (Sph,r=-0.55，P=0.003) in H group. Z40was positively correlated with average K (AK) (M-M group:r=0.40，P=0.02. H group:r=0.55,P=0.03), K steep (Ks) (M-M group:r=0.39,P=0.02. H group:r=0.51,P=0.01) and K flat (Kf) (M-M group:r=0.40,P=0.02. H group:r=0.57,P=0.01) in both groups. Z53was negatively correlated with Ks(r=-0.4，P=0.04) in H group.

?CONCLUSION: The THOAs parameters are influenced by diopter and keratometry. TCA is negatively correlated with SE and Sph in patients with high myopia, and spherical aberration is positively correlated with keratometry.

KEYWORDS:?corneal high order aberrations; myopia; refraction; keratometry

基金項目：國家自然科學基金(No.81070755)
作者單位：(100730)中國北京市，中國醫(yī)學科學院 北京協(xié)和醫(yī)學院附屬北京協(xié)和醫(yī)院眼科

作者簡介：陽雪，畢業(yè)于上海交通大學，北京協(xié)和醫(yī)學院在讀碩士研究生，研究方向：角膜病、屈光手術(shù)。

通訊作者：龍琴，博士，副教授，研究方向：角膜病、屈光手術(shù).longqinbj@hotmail.com

收稿日期：2015-11-13 修回日期： 2016-05-10

DOI:10.3980/j.issn.1672-5123.2016.6.10