波前像差對視覺質量的影響分析

物體發(fā)出的同心光束對應的是球面波，該球面波經(jīng)過光學系統(tǒng)的折射后曲率發(fā)生變化，如果光學系統(tǒng)為理想的光學系統(tǒng)，則會形成新的球面波。人眼并非是完美的光學系統(tǒng)，而是存在一定的像差，因而光線經(jīng)過人眼折射后在視網(wǎng)膜形成一個非球面波，這個形成的非理想的波面與理想的球面波相比即為波前像差[1]。目前較多的學者在研究波前像差在不同人群中的分布、屈光手術前后人眼屈光系統(tǒng)波前像差的變化以及波前像差引導的屈光性手術提高視網(wǎng)膜的視覺質量[2-4]。

越來越多的研究者認為，高的分辨率并不是屈光系統(tǒng)成像的主要功能，所以像差在一定程度上有利于提高屈光系統(tǒng)的功能[5]。波前像差并不是獨立存在的，其各種像差之間存在著一定的內在聯(lián)系，共同影響人眼的視覺質量。本文通過比較不同像差對調制解調函數(shù)(modulation tranferfunction,MTF)曲線的影響，從而研究波前像差中各個像差對視覺質量的影響的重要性。

資料與方法

一、對象

選取2014年12月我院行近視激光術前檢查的患者240例，選取患者右眼為研究對象，其中男性120例，女性120例，年齡19～25歲，平均年齡(21.6±1.7)歲。入選標準：(1)矯正視力≥1.0；(2)球鏡度數(shù)<-8.00D；(3)柱鏡度數(shù)<-3.0D；(4)具備小切口基質透鏡取除術(small incision lenticule extraction,SMILE)和準分子激光原位角膜磨鑲術(laser-assited situ keratimileusis,LASIK)手術指針，年齡>18歲。排除標準：(1)矯正視力<1.0；(2)3周內配戴過角膜接觸鏡或者眼部藥物治療史；(3)眼部病變、淚膜異常、眼位異常、眼球震顫、黃斑片中心注視；(4)斜視、弱視、圓錐角膜、其他感染性角膜疾病及眼部手術史。

二、方法

復方托吡卡胺散瞳后，用 i-trace視功能分析儀(美國Tracey公司)測量患者右眼角膜像差。在暗室中，受試者端坐于儀器前，下頜置于頜托上，額頭頂在額帶上，囑測試眼注視視標，測量患者右眼，連續(xù)測量3次，每次囑受試者眨眼，保證淚膜的完整性，收集受試者6 mm測量直徑下的波前像差，用Zernike多項式表示波前像差，共測量7階44項。其中低階像差為Z2-Z5；高階像差為Z6-Z44；散光Z3(C2-2)、Z5(C22)；離焦Z4(C20)；球面像差Z12(C40)；慧差Z7(C3-1)、Z8(C31)以及三葉草像差Z6(C3-3)、Z9(C33)。并用i-trace中的視覺質量分析功能分析以上像差單獨存在時的MTF曲線，當研究某一像差對視覺質量影響時，選擇性的消除其他像差，從而得到某像差對MTF曲線的影響。比較不同像差存在時MTF曲線的平均高度。

三、統(tǒng)計學方法

橫斷面研究，所有數(shù)據(jù)均采用SPSS16.0軟件分析，年齡和像差數(shù)據(jù)用均數(shù)±標準差表示，采用單因素方差分析(0ne-way ANOVA)各波前像差單獨存在時MTF曲線平均高度的總體差異，LSD-t檢驗進行兩兩MTF平均高度之間差異性比較；相關性分析用線性相關分析，P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

結 果

一、波前像差分布

6 mm測量直徑下，總像差平均為(5.047±3.041)μm、高階像差平均為(0.349±0.295)μm、低階像差平均為(5.060±3.354)、散光平均為(0.410±0.288)μm、離焦平均為(5.031±3.362)μm、慧差平均為(0.307±0.306)μm、球面像差平均為(0.094±0.075)μm以及三葉草像差平均為(0.172±0.148)μm。

二、波前像差和其單獨存在時MTF曲線平均高度線性相關性

不同的波前像差大小與MTF曲線的平均高度成負相關：離焦、散光、慧差、球面像差與三葉草像差與MTF曲線平均高度的線性相關系數(shù)分別為：-0.61、-0.44、-0.45、-0.38及-0.27。

三、MTF平均曲線

只有高階像差存在時的MTF平均曲線要優(yōu)于低階像差和總像差的平均MTF曲線，球面像差、慧差、三葉草像差單獨存在時的MTF平均曲線要優(yōu)于離焦和散光曲線，總像差的MTF曲線要優(yōu)于低階像差單獨存在時的MTF曲線。見圖1。

四、同波前像差單獨存在時MTF平均高度之間的差異

MTF的平均高度由高到底依次為：單因素方差分析(LSD-t檢驗)不同波前像差單獨存在時MTF平均高度之間具有明顯的差異性(F=29.69，P=0.00<0.05)。三葉草像差(0.592±0.055)與球面像差(0.556±0.035)單獨存在時的MTF平均高度無明顯差異(P>0.05)；球面像差與慧差(0.518±0.06)單獨存在時的MTF平均高度有明顯差異(P<0.05)；散光(0.412±0.067)與高階像差(0.389±0.052)單獨存在時的MTF平均高度有明顯差異(P<0.05)；總像差(0.060±0.010)與低階像差(0.045±0.008)單獨存在時的MTF平均高度有明顯差異(P<0.05)。總像差單獨存在時的MTF曲線平均高度要高于低階像差單獨存在時(t=2.548，P﹤0.05)。

討 論

目前通常將波前像差分為低階像差和高階像差[6]。其中低階像差是指離焦、散光等傳統(tǒng)屈光問題；高階像差包括不規(guī)則散光、球面像差、慧差、三葉草等屈光系統(tǒng)存在的其他光學缺陷[7]。以往的屈光性手術多注重低階像差的矯正，但是術后患者的高階像差卻進一步增加，其中又以球面像差和慧差為主[8，9]。近年來，越來越多的研究者期望用一種新的方法去改變高階像差而不是以往的通過角膜接觸鏡或者是角膜切削。

MTF可以很直觀的評價視覺質量[10]。指的是物體經(jīng)光學系統(tǒng)傳遞后，其傳遞頻率是不變的，但其對比度下降，相位發(fā)生偏移，并在某一頻率截止，即對比度為零，這種對比度的降低和相位推移隨頻率的不同而不同，其函數(shù)關系我們稱為調制解調函數(shù)[11]。本文以MTF的一維曲線為研究對象。視覺質量隨著MTF曲線下的面積增大而增強，也隨著曲線的平均高度的增高而增強。

本研究發(fā)現(xiàn)波前像差主要以低階的散光與離焦為主，這兩種像差是可以用接觸鏡等矯正的像差。高階像差雖然占全部像差的10%，但是對視網(wǎng)膜成像質量有較大的影響[12]。其中隨Zernike多項式項數(shù)的增加像差是不斷減小的。MTF曲線的平均高度與波前像差呈負相關，均隨波前像差的增大而降低，其中MTF曲線的平均高度隨三葉草像差、慧差、散光的增大下降的更明顯?？梢娗庑允中g術后增大的高階像差，尤其是球面像差和慧差會對視覺質量產(chǎn)生較大的影響。

通過(圖1)可以看出在只有三葉草像差存在時的MTF曲線優(yōu)于只有球面像差存在時的MTF曲線，其中球面像差存在時的MTF曲線優(yōu)于慧差存在時的MTF曲線，可以看出慧差對視覺質量的影響要大于球面像差和三葉草像差。在屈光手術設計時要注意彗差的矯正。低階像差單獨存在時的MTF曲線較總像差、高階像差時的MTF曲線差。由此可以看出低階像差對視覺質量的影響遠遠大于高階像差，也是我們在進行屈光性手術時首先要考慮矯正的像差。其中總像差存在時的MTF平均高度要高于低階像差單獨存在時(P<0.05)，但是低于高階像差單獨存在時(P<0.05)(如圖2)。由此可以看出，總的像差對應的MTF曲線并不是最差的，而是要優(yōu)于低階像差單獨存在時。低階像差和高階像差之間有一定的內在的聯(lián)系，在一定程度上可以相互影響的，對提高視覺質量有一定的好處。

本研究認為，Zernike多項式表示人眼的波前像差并不是完全獨立的，其內在具有一定的聯(lián)系來共同的提高人眼的MTF曲線，各階像差在維持視覺質量上起到不同的作用，其中又有著一定的內在聯(lián)系，來共同維持人眼的視覺質量。在屈光性手術時在矯正低階像差的同時也要充分考慮到各像差之間的內在聯(lián)系，通過一定的方法來綜合設計手術方案，使患者獲得更加完美的視覺效果。