全眼球差对人工晶状体眼视觉质量的作用

甄小妹 马忠旭 刘汝瑜 张 娜 张 伟 薛 庆

白内障手术已经进入屈光手术时代，随着对波前像差认识的增加，人们发现白内障患者术后出现的眩光、光晕、暗视力差等视觉症状与波前像差密切相关，其中球差对视觉质量有重要的影响[1]。有研究发现非球面人工晶状体(intraocular lens，IOL)植入后降低全眼球差，能够提高对比敏感度及调制传递函数(modulation transfer function，MTF)[2-3]，另有研究认为一定量的正球差能够增加焦深(depth of focus，DOF)，提高IOL眼对离焦的耐受性，有助于提高近视力及阅读能力[4]。本研究对两种非球面 IOL Tecnis ZA9003(AMO 公司，－0.27 μm)、Acrysof IQ(Alcon 公司，－0.20 μm)及球面 IOL Acrysof SN60AT(Alcon公司)植入后视觉质量进行比较，进而分析全眼球差与MTF(tHOA)值及DOF值的相关性，客观评价全眼球差对视觉质量的作用。

1 资料与方法

1.1 一般资料 选取2010年10月至2011年5月来我院行白内障超声乳化吸出联合IOL植入术的患者72例(77眼)，男38例(40眼)，女34例(37眼)，年龄为60～70(64.94±4.28)岁。入选标准:单纯性老年性白内障患者，瞳孔活动正常，无全身系统性疾病。排除标准:合并青光眼、角膜病变等非白内障的其他眼部病变者;有眼部手术史者及术中术后出现并发症的患者;球镜度数＞6.00 D或柱镜度数＞1.00 D 者。

1.2 分组及手术方法 采用随机数字表法将患者随机分为3组，分别为:Ⅰ组:植入 Tecnis ZA9003 IOL，共计25例(26眼);Ⅱ组:植入Acrysof IQ IOL，共计23例(26眼);Ⅲ组:植入 Acrysof SN60AT IOL，共计24例(25眼)。所有患者均行常规超声乳化吸出联合IOL植入术。IOL度数采用SRK/T公式计算，术后目标屈光状态为正视。手术均由同一经验丰富的医师使用同一台超声乳化仪(Alcon公司Infiniti超声乳化仪)完成。

1.3 观察项目 术后随访3个月，裂隙灯下观察眼部情况，查视力。散瞳后使用基于光束追踪原理的iTrace视觉功能分析波阵面像差仪(美国Tracy Technologies公司)测量6 mm瞳孔直径下的全眼球差，使用iTrace 3.1软件去除低阶像差，即模拟了患者在最佳矫正视力(best corrected visual acuity，BCVA)下的视觉状态，得到6 mm瞳孔直径BCVA状态下的MTF(tHOA)曲线，从曲线中可以得到 5 c·d－1、10 c·d－1、15 c·d－1、20 c·d－1、25 c·d－1、30 c·d－1空间频率下的MTF值，然后使用球镜完全矫正患者的离焦，测量6 mm瞳孔直径焦点处5 c·d－1去除散光的MTF(-astigmatism)值，插一定的球镜使患者获得±0.50 D、±1.00 D、±1.50 D、±2.00 D 的离焦，测量相应状态6 mm瞳孔直径下5 c·d－1的MTF(-astigmatism)值，绘制离焦MTF(-astigmatism)曲线，取焦点处的50%MTF(-astigmatism)值对应的离焦范围作为DOF值。测量时嘱患者注视5 m处的视标，每次测量时嘱患者先行眨眼，眨眼后短时间内完成检查，以消除泪膜对检查结果的影响。

1.4 统计学方法 采用SPSS 13.0软件，各组数据满足正态性分布及方差齐性检验，以均数±标准差表示，采用单因素方差分析进行统计学分析，两两比较采用SNK-q法，采用Pearson相关性分析，P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 一般情况 Ⅰ组、Ⅱ组、Ⅲ组患者的年龄分别为(64.92 ±4.57)岁、(65.14 ±4.28)岁、(65.03 ±4.43)岁;拟植入 IOL 度数分别为(20.43 ±1.33)D、(20.58 ±1.48)D、(20.51 ±1.39)D;球镜度数分别为(－0.35 ±0.39)D、(－0.42 ±0.43)D、(－0.38 ±0.41)D，各组数据经单因素方差分析，差异均无统计学意义(均为 P ＞0.05)。

2.2 高阶像差及DOF值比较 6 mm瞳孔直径下，Ⅰ组、Ⅱ组、Ⅲ组患者IOL眼全眼球差差异有统计学意义(P＜0.05)，两两比较，Ⅰ组 ＜Ⅱ组 ＜Ⅲ组(均为P＜0.05);全眼总高阶像差差异有统计学意义(P ＜0.05)，两两比较，Ⅰ组 ＜ Ⅲ组(P ＜0.05)，Ⅱ组＜Ⅲ组(P＜0.05)，Ⅰ组与Ⅱ组间差异无统计学意义(P＞0.05);全眼慧差及三叶草3组间差异均无统计学意义(均为P＞0.05，见表1)。Ⅰ组、Ⅱ组、Ⅲ组DOF 值分别为(1.073 ±0.366)D、(1.181 ±0.382)D、(1.617 ±0.514)D，差异有统计学意义(F=4.027，P=0.021)，两两比较，Ⅰ组 ＜ Ⅲ组(P ＜0.05)，Ⅱ组＜Ⅲ组(P＜0.05)，Ⅰ组与Ⅱ组间差异无统计学意义(P＞0.05)。

表1 6 mm瞳孔直径下3组高阶像差比较Table 1 Comparison of high order aberrations at 6 mm pupil diameter among three groups (l/μm)

2.3 MTF(tHOA)值比较 6 mm瞳孔直径各空间频率下，Ⅰ组、Ⅱ组、Ⅲ组MTF(tHOA)值差异均有统计学意义(均为 P ＜0.05，见表2);两两比较，Ⅰ组 ＞Ⅲ组(均为P ＜0.05)，Ⅱ组 ＞Ⅲ组(均为 P ＜0.05)，Ⅰ组与Ⅱ组间差异均无统计学意义(均为P＞0.05)。

2.4 全眼球差与DOF值及MTF(tHOA)值的相关性分析 6 mm瞳孔直径下，全眼球差(绝对值)与DOF值呈正相关(r=0.388，P=0.003);全眼球差(绝对值)与各空间频率下MTF(tHOA)值呈负相关，5 c·d－1、10 c·d－1、15 c·d－1、20 c·d－1、25 c·d－1、30 c·d－1下的相关系数分别为 － 0.546(P=0.001)、－0.528(P=0.001)、－0.482(P=0.002)、－0.477(P=0.003)、－0.463(P=0.002)、－0.457(P=0.003)。

表2 6 mm瞳孔直径下三组MTF(tHOA)值比较Table 2 Comparison of MTF(tHOA)value at 6 mm pupil diameter among three groups

3 讨论

白内障超声乳化吸出联合IOL植入术后的视觉质量成为人们日益关注的焦点。研究发现低阶像差矫正后高阶像差成为影响视觉质量的主要像差因素，其中球差对视觉质量有重要影响[1]。球面与非球面IOL以及不同球差设计的非球面IOL植入术后视觉质量的差异主要在于全眼球差及高阶像差的差异。近来研究发现，非球面IOL植入后降低全眼球差、提高对比敏感度及MTF值的同时，使得IOL眼的DOF及伪调节力受到影响。本研究从比较非球面与球面IOL眼的视觉质量出发，分析全眼球差对MTF(tHOA)值及DOF值的作用。

MTF值描述的是不同空间频率下物像对比度和光学系统成像质量的关系，MTF值越大，成像越清晰，视觉质量越好[5];MTF值不受主观因素的影响，能够客观地反映眼球整个屈光系统的光学成像质量，越来越多地在临床上用于评价患者的视觉质量。DOF在视光学上被定义为可以耐受而不引起可察觉的聚焦锐度降低的像距改变范围，常采用大于50%Strehl ratio对应的离焦范围作为客观 DOF值[6]。MTF值与Strehl ratio类似，对离焦的变化比较敏感。本研究通过绘制离焦MTF(-astigmatism)值曲线客观测量DOF值，通过对iTrace进行设置测量去除散光的MTF值，排除散光对DOF值的影响，另外考虑到正常人的对比敏感度在中空间频率(4～8 c·d－1)时达到峰值，本研究选择5 c·d－1进行测量。

本研究通过比较非球面与球面IOL眼发现，三组全眼球差及MTF(tHOA)值、DOF值均存在统计学差异。负球差设计的非球面IOL降低了全眼球差，提高了MTF(tHOA)值。通过对全眼球差(绝对值)和MTF(tHOA)值的相关性分析得出在各空间频率下两者呈负相关，全眼球差完全矫正时，MTF(tHOA)值最高，与 Piers等[7]基于对比敏感度最大化得出的最佳矫正球差为零的结论相一致。Wang等[8]从理论上分析认为，当离焦量为零、人眼具有少量负球差(0～－0.1 μm)时MTF值最高。另外，Ⅰ组与Ⅱ组的MTF(tHOA)值及DOF值均无统计学差异，因此在IOL眼中多大球差值的变化会使MTF(tHOA)值及DOF值表现出统计学差异有待研究。

本研究通过比较发现球面设计Acrysof SN60AT IOL眼较负球差设计非球面IOL眼有较大的总高阶像差、全眼球差及DOF值，因此会有较好的离焦耐受性。视光学研究中发现，在像差为零的光学系统中，焦点处的图像质量最高，离焦后图像质量迅速下降，存在像差的光学系统在离焦时，图像质量下降缓慢，因此一定量像差的存在有利于提高光学系统对离焦的耐受性。Jansonius等[9]在模型眼中研究发现，通过增加球差，可以提高0.50～1.30 D的DOF值。多项研究应用不同的检查方法证实了全眼球差的存在能够增加DOF值[10-12]，另有研究认为，四阶球差和六阶球差会共同作用于DOF值[13]。本研究通过分析全眼球差(绝对值)和DOF值的相关性，得出全眼球差(绝对值)与DOF值呈正相关，与Rocha等[4]的结论一致。分析原因认为球差是人眼中唯一的轴上像差，由于球差的存在，光线经过透镜后并非聚焦于理想的像点，而是周边光线和轴上光线聚焦在光轴上不同的点，在焦平面(视网膜)上形成相对弥散的光斑，虽然降低了图像的质量，但同时也为眼睛提供了一定的DOF范围。另有研究认为，球面IOL眼较非球面IOL眼的垂直慧差大，垂直慧差可能会增加 DOF值[2，14]。本文仅分析了全眼球差对DOF的影响，对于在高阶像差中是单一的某项高阶像差影响DOF，还是多项高阶像差的共同作用有待进一步研究，以指导临床上有针对性的矫正高阶像差。另外，IOL眼的DOF和伪调节之间关系密切，IOL眼的伪调节是不依赖于睫状肌作用的静态光学状态，有助于非近矫正状态下近视力的提高。轻度离焦的图像只要处于DOF范围以内，大脑就会分析其为清晰的图像，即DOF可以被认为是轻度离焦误差的神经和直觉耐受。由于人眼的这种光学特性，DOF成为IOL眼伪调节的重要组成部分，DOF增加会使伪调节力增加，有助于提高远视力矫正后中间视力及近视力和阅读能力。

目前，对于最佳矫正球差尚无定论，有学者认为人眼最理想的球差是+0.10 μm左右，这样即可以提供一些DOF，避免调节范围变窄，又可以减轻和消除其他像差的作用。Levy等[15]研究发现，超视力人眼球差为 +0.10 μm 左右，推测术后保留 +0.10 μm左右球差对视觉质量是有利的。Beiko等[16]选择一组角膜球差为+0.37 μm的患者，植入球差为－0.27 μm的 Tecnis Z9001 IOL，使术后眼球差为 +0.10 μm，发现此组患者的对比敏感度较高。Nochez等[17]从全眼球差对MTF值、主客观DOF及伪调节力的作用出发，得出全眼球差位于 0.07～0.10 μm 时，人眼的视觉质量最高。综合本研究中全眼球差对MTF值及DOF值的作用分析，术后预留少量正球差有助于患者视觉质量的提高。

1 Miller JM，Anwaruddin R，Straub J，Schwieqerling J.Higher order aberrations in normal，dilated，intraocular lens，and laser in situ keratomileusis corneas[J].J Refract Surg，2002，18(5):579-583.

2 Nanavaty MA，Spalton DJ，Boyce J，Saha S，Marshall J.Wavefront aberrations，depth of focus，and contrast sensitivity with aspheric and spherical intraocular lenses:fellow-eye study[J].J Cataract Refract Surg，2009，35(4):663-671.

3 Denoyer A，Le Lez ML，Majzoub S，Pisella PJ.Quality of vision after cataract surgery after Tecnis Z9000 intraocular lens implantation，effect of contrast sensitivity and wavefront aberration improvement on the quality of daily vision[J].J Cataract Refract Surg，2007，33(2):210-216.

4 Rocha KM，Soriano ES，Chamon W，Chalita MR，Nosé W.Spherical aberration and depth of focus in eyes implanted with aspheric and spherical intraocular lenses:a prospective randomized study[J].Ophthalmology，2007，114(11):2050-2054.

5 Díaz-Doutón F，Benito A，Pujol J，Arjona M，Güell JL，Artal P.Comparison of the retinal image quality with a Hartmann-Shack wavefront sensor and a double-pass instrument[J].Invest Ophthalmol Vis Sci，2006，47(4):1710-1716.

6 Legge GE，Mullen KT，Woo GC，Campbell FW.Tolerance to visual defocus[J].J Opt Soc Am A，1987，4(5):851-863.

7 Piers PA，Manzanera S，Prieto PM，Gorceix N，Artal P.Use of adaptative optics to determine the optimal ocular spherical aberration[J].J Cataract Refract Surg，2007，33(10):1721-1726.

8 Wang L，Koch DD.Custom optimization of intraocular lens asphericity[J].J Cataract Refract Surg，2007，33(10):1713-1720.

9 Jansonius NM，Kooijman AC.The effect of spherical and other aberrations upon the modulation transfer of the defocused human eye[J].Ophthalmic Physiol Opt，1998，18(6):504-513.

10 Marcos S，BarberoS，Jiménez-AlfaroI.Optical quality and depth-of-field of eyes implanted with spherical and aspheric intraocualr lenses[J].J Cataract Refract Surg，2005，31(2):223-235.

11 Nio YK，Jansonius NM，Fider V，Geraghty E，Norrby S，Kooijman AC.Spherical and irregular aberrations are important for the optimal performance of the human eye[J].Ophthalmic Physiol Opt，2002，22(2):103-112.

12 Piers PA，Weeber HA，Artal P，Norrby S.Theoritical comparison of aberration-correcting customized and aspheric intraocular lenses[J].J Cataract Refract Surg，2007，33(4):374-384.

13 Benard Y，Lopez-Gil N，Legras R.Subjective depth of field in presence of 4th order and 6th order Zernike spherical aberration using adaptive optics technology[J].J Cataract Refract Surg，2010，36(12):2129-2138.

14 Nanavaty MA，Spalton DJ，Marshall J.Effect of intraocular lens asphericity on vertical coma aberration[J].J Cataract Refract Surg，2010，36(2):215-221.

15 Levy Y，Segal O，Avni I，Zadok D.Ocular higher-order aberrations in eyes with supernormal vision[J].Am J Ophthalmol，2005，139(2):225-228.

16 Beiko GH.Personalized correction of spherical aberration in cataract surgery[J].J Cataract Refract Surg，2007，33(8):1455-1460.

17 Nochez Y，Majzoud S，Pisella PJ.Effect of residual ocular spherical aberration on objective and subjective quality of vision in pseudophakic eyes[J].J Cataract Refract Surg，2011，37(6):1076-1081.