波前像差如何引導(dǎo)驗光4.0

張力銘 鄭聰聰 金澤世

摘 要 當(dāng)代社會，人類的視覺問題已不僅局限于矯正度數(shù)，波前像差與不同環(huán)境下的瞳孔大小、對比敏感度、夜間視力等均對人類的視覺、生活產(chǎn)生影響。眼視光從業(yè)者的聚焦點逐漸轉(zhuǎn)向諸多起源于視光的眼部疾病，從業(yè)者將生物器官、光學(xué)器官的特性融于一體，力求在技術(shù)上超越僅局限于視覺功能的3.0時代，深入研究光學(xué)像差，合理利用“自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)”，開啟波前驗配的驗光4.0時代。

關(guān)鍵詞 驗光4.0 波前像差 自適應(yīng)光學(xué) 瞳孔直徑

中圖分類號：O43 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0745（2020）03-0061-02

1 驗光的發(fā)展

驗光技術(shù)根據(jù)驗光的主客觀性，分為他覺驗光和主覺驗光。驗光作為患者配鏡的依據(jù)、診斷疾病的參考以及屈光不正所致弱視患者的治療依據(jù)等。起初，從業(yè)者直接使用插片，較專業(yè)的使用檢影驗光作為驗光的初步，可稱為初代驗光1.0。后來，人們使用了綜合驗光儀，將所有的鏡片融合成一體，更好的進行紅綠平衡、雙眼評估，可以認為是升級后的驗光2.0。而驗光3.0，在原先只關(guān)注度數(shù)的情況下，開始關(guān)注視功能，如調(diào)節(jié)、集合、眼球運動等。目前，大部分地區(qū)視光從業(yè)者停留在2.0的技術(shù)模式，比較專業(yè)的醫(yī)院、眼鏡店或視光中心，采用3.0驗光模式。

2 波前像差的引入

如果我們把光看成波，那么波源所發(fā)出的振動在介質(zhì)中傳播時，相同時間所到達的各點所組成的面，可以組合成一個波面。我們將最前沿的波面稱為波前或波陣面，用光線矩陣所形成的波前和理想的球面相比會有所差異，這種偏差就叫波前像差。所謂眼屈光系統(tǒng)的波前像差就是實際波前和理想的參考波面之間的偏差。

越來越多的人受到電子時代的影響和自身發(fā)育的變化，出現(xiàn)了普通眼鏡矯正不了的視覺紊亂現(xiàn)象。比如出現(xiàn)鬼影圖像、重影、眩光、光暈、彗星狀拖尾、星芒輻射線等等，而且這些現(xiàn)象在夜間更明顯。人類眼睛經(jīng)過長期的進化，存在了不讓視覺出現(xiàn)異常的像差平衡，如角膜的前后表面、角膜與晶狀體的總像差、角膜水平慧差與光學(xué)中心偏移量、晶體周邊和中央形態(tài)等等，它們相互光學(xué)補償從而使人眼視覺趨近于完美。而人類的大腦神經(jīng)也有補償像差的作用，它會對像差重新適應(yīng)，稱為神經(jīng)性補償。

通過近年來的國內(nèi)外的研究文獻，人們越來越關(guān)注入眼的波陣面（如圖1），分析進出眼睛光波面的差異，不難發(fā)現(xiàn)，近視眼屈光參數(shù)中屈光度數(shù)和眼軸長度對波前像差產(chǎn)生重要影響，屈光度數(shù)越高和眼軸越長者其總像差值越大，而角膜的非球面特性對近視眼的波前像差無明顯影響。近視性屈光參差患者雙眼高階像差百分比存在明顯差異，這可能是近視性屈光參差發(fā)展的一個潛在危險因素[1]。使用波前像差儀測量2mm、3mm、4mm瞳孔直徑下的等效球鏡值，與小瞳電腦驗光、散瞳驗光所得等效球鏡值進行比較[2]。結(jié)果波前像差儀各瞳孔直徑等效球鏡數(shù)值均低于散瞳驗光和電腦驗光。人眼高階像差具有明顯的瞳孔依賴性，并隨瞳孔直徑增大而增高。

角膜不適當(dāng)?shù)男螤钜驍?shù)就會導(dǎo)致球面像差的產(chǎn)生，而偏離中心的頂點則會產(chǎn)生彗差，傾斜又會產(chǎn)生不規(guī)則散光，因此，眼球高階像差HOA主要是由角膜表面的不規(guī)則所引起[3]。普通的準分子激光、框架眼鏡、軟性隱形眼鏡只能用于矯正低階像差?！安ㄇ跋癫罴夹g(shù)”來源于“自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)”在天文望遠鏡和軍事上的應(yīng)用，針對于人眼的像差，充分發(fā)揮計算機和光電技術(shù)的優(yōu)勢，從新的方向?qū)θ祟惖囊曈X進行優(yōu)化。

目前，波前像差主要應(yīng)用于角膜屈光手術(shù)及波前引導(dǎo)的個性化切削。根據(jù)不同個體獨特的光學(xué)特性和解剖特性，通過球鏡、柱鏡、非柱鏡以及非對稱的切削矯正個體球鏡和柱鏡，并減少眼的高階像差。并不是每一位人都合適或自愿選擇角膜屈光手術(shù)，大多數(shù)人還是采用了傳統(tǒng)的配鏡方式，這使波前像差引導(dǎo)的驗光模式成為新時代的需求

方向[4]。

波前像差檢查引導(dǎo)的驗光，提供了像差數(shù)據(jù)，不再局限于傳統(tǒng)的離焦和像散，同時包括了球差、彗差等高階像差的矯正，使“個性化”視力矯正成為可能。通過精確測量，我們可以計算在視網(wǎng)膜上的光學(xué)成像，讓我們客觀評判各種光學(xué)矯正方案，并實現(xiàn)全方位視覺診斷，包括弱視、夜視覺中的重影、光暈等。

3 波前像差的測量

波前像差的測量通過波前像差儀完成，波前像差儀所測量的是整個眼球的屈光通路，包括屈光表面，如淚膜、角膜前表面、角膜基質(zhì)、角膜后表面、晶狀體前表面、晶狀體實質(zhì)、晶狀體后表面、玻璃體以及視網(wǎng)膜等等。它要比其他驗光系統(tǒng)精度高20～50倍，常規(guī)驗光方法的通常是25度為最小梯度，散光軸位以5度為最小刻度，而波前像差檢查，球鏡與柱鏡、散光軸位則精確到1度，這樣就明顯提高了驗光檢查的精準性。且相對于其他驗光方法，波前像差儀在散光及軸位檢測有明顯優(yōu)勢，并可應(yīng)用于區(qū)分高階像差和低階像差[5]。

波前像差的測量方法為兩類：一類是客觀檢測法，如Hartmann-Shack波前感受器（簡稱HS）、Tscherning波前感受器（簡稱TS）和視網(wǎng)膜軌跡追蹤技術(shù)等;另一類是主觀檢測法，即心理物理檢查。人眼的波前像差記錄分兩步：波前記錄和波前再現(xiàn)。波前記錄是將人眼被激光照射后的衍射光波與另一相關(guān)光波，以此得到通過CCD等記錄下的眼睛像差。通過Zernike多項式再現(xiàn)的波前作比較，從而可以評價人眼的像差。Tscherning波前感受器是將單光線投射到視網(wǎng)膜上形成視網(wǎng)膜圖像，計算機把視網(wǎng)膜圖像上的每個點位置與它們在理想狀態(tài)下的相應(yīng)位置進行比較，根據(jù)偏移結(jié)果來數(shù)學(xué)重建波前像差。心理物理方法檢查，通過測定點光源光線在瞳孔各點的角度偏移而得出該點的像差。

4 波前像差的應(yīng)用

4.1 波前像差數(shù)字化框架眼鏡

除了傳統(tǒng)驗光步驟之外，還需要進行角膜地形圖、波前像差、測量眼軸長度等檢查。將不同坐標方位的眼球波前數(shù)據(jù)，導(dǎo)入磨具中，通過在兩個鏡片之間，夾帶寫入了眼球波前像差可調(diào)節(jié)折射率的薄膜，壓制成一個多層透鏡，叫做波前像差鏡片（如圖2）?？梢孕拚す馐中g(shù)之后獨特的殘余高階像差，提高患者的視覺質(zhì)量，特別是夜間的駕駛能力。同時還可以矯正視覺圖像上缺乏鮮明度和清晰度的問題。

市面上有譬如“iZon鏡片”、視滿分鏡片、蔡司駕駛鏡片等等。相當(dāng)于在夜間增加了景深[6]，讓可視范圍擴大，通過瞳孔尺寸大小來計算鏡片曲率設(shè)計，最大程度優(yōu)化鏡片性能。雙面點對應(yīng)技術(shù)是指每一片鏡片的前表面配試一個與之匹配的后表面。這項技術(shù)分析每個光度的基本設(shè)計，基于分析結(jié)果對后面進行二次調(diào)整，以期達到鏡片最佳光學(xué)效果。高階相差消除技術(shù)也應(yīng)用于漸進多焦點鏡片，精細基彎優(yōu)化，波前像差計算打造出適合睿智人群的高品質(zhì)漸進片，提升戴鏡的舒適度和清晰度。

4.2 虛擬角膜鏡片

虛擬角膜鏡片主要用于接受二次增效手術(shù)的病人。尤其是首次激光手術(shù)后，角膜光學(xué)中心的中央島、偏心切削、不規(guī)則散光的病人，因為這部分人只有通過眼球波前檢測數(shù)據(jù)制作的虛擬鏡片才能矯正。虛擬鏡片技術(shù)是判斷波前像差數(shù)據(jù)能否用于患者眼睛上二次治療的唯一手段。

維護全面的眼健康，不僅僅停留在矯正視力，應(yīng)該更加關(guān)注視覺的質(zhì)量。通過像差儀獲取波前像差、調(diào)制傳遞函數(shù)（MTF）和點擴散函數(shù)（PSF）等光學(xué)信息，進而分析全眼的總高階像差、總彗差、總球差、總?cè)~草所對應(yīng)的均方根值（RMS）和MTF曲線對應(yīng)的面積比值（AR）及PSF曲線對應(yīng)的斯特列爾比值（SR）。借助于自適應(yīng)光學(xué)理論制作而成的波前像差鏡片，讓人眼實現(xiàn)了理論上的超常視覺品質(zhì)（對比敏感度、光柵分辨率等）。波前像差引導(dǎo)的驗光必將成為眼視光行業(yè)未來發(fā)展的趨勢和目標，為眼健康開啟驗光4.0時代。

參考文獻：

[1] 黃建忠，趙武校，劉偉民，楊佳.近視眼波前像差與屈光參數(shù)的相關(guān)性研究[J].眼科新進展，2009，29（05）：354-355.

[2] 左彤，楊曉艷，方利華， 顯然驗光與不同瞳孔直徑下波前像差驗光的比較.中華眼視光學(xué)與視覺科學(xué)雜志， 2012，14（08）：481-484.

[3] 褚仁遠，戴錦暉，周行濤.要視力，更要視覺質(zhì)量[J].中國眼耳鼻喉科雜志，2006，06（02）：72-73.

[4] 胡建榮，嚴宗輝，劉春風(fēng)，黃麗娜.近視散光患者眼球高階像差的研究[J].中華眼科雜志， 2004，40（01）：13-16.

[5] 高敬，周珺，王肖，孫園，王曉霞，趙琪.兒童散光度數(shù)變化對波前像差的影響.眼科新進展[J]. 2017（04）：365-368.

[6] 孫金濤，王勤美，陳世豪，安萌.正視人群夜間近視與高階像差相互關(guān)系的研究[J]，實用醫(yī)學(xué)雜志，2011，27（13）：2361-2363.

湖北省荊州市大圓視光中心，湖北 荊州