人工晶状体的倾斜度和偏心量测量方法的研究进展

王珂，潘清，刘文艳，谢艳，沙飞，杜菁

首都医科大学　生物医学工程学院，北京　100069

人工晶状体的倾斜度和偏心量测量方法的研究进展

王珂，潘清，刘文艳，谢艳，沙飞，杜菁

首都医科大学生物医学工程学院，北京100069

0　前言

临床上人工晶状体（Intraocular Lens，IOL）植入术主要用于白内障摘除术、屈光性晶状体置换术以及有晶状体眼屈光手术 [1-5]。白内障摘除术后，由于眼内没有晶状体，眼的总屈光力会减少，即处于高度远视状态。为了恢复正常视力，眼内需植入人工晶状体。目前临床上主要采用超声乳化晶状体摘除、IOL 巩膜缝合固定术，或者采用超声乳化晶状体摘除、囊袋内张力环联合 IOL 的方法治疗白内障。随着人工晶状体植入术水平的不断提高，严重的IOL 脱位的情况明显减少，然而 IOL 的倾斜和偏心仍不可避免 [6-8]。Hayashi 等认为，即使在正常情况下，植入的IOL 在眼内也会有 3°的倾斜和 0.3 mm 的偏心 [9]。为了使患者的视力恢复良好，临床医生越来越关注术后人工晶状体的位置。为了避免人工晶状体发生倾斜和偏心，临床医生在术后会根据病人的回访信息，判断人工晶状体的位置变化情况，从而确定二次手术方案，或改进手术方案。

1　人工晶状体的倾斜和偏心对视觉质量的影响

人工晶状体的倾斜和偏心会导致患者产生散光、眩光、视力下降等症状，会影响屈光状态，引起波前像差的改变，妨碍术后视力和视觉质量的恢复[10-13]。在临床上，IOL 的倾斜度指的是 IOL 光学轴与角膜前表面中点与瞳孔几何中心连线（称为基线）所成的夹角，IOL 的偏心量指的是 IOL的中心到基线的垂直距离。Uozato 等的研究表明，对于植入光学部直径 6 mm 的 IOL 而言，倾斜度＜ 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 会丢失 11％的有效光学区域[14]。IOL 的偏心与倾斜会导致低阶像差，出现近视和散光[15-18]。Korynta 等的研究发现 IOL 倾斜 12°、偏心 3 mm 时，可以造成患者术后 -7.0D 的近视和 +4.0D 的散光[18]。而在高阶像差方面，Turuwhenua 等对模型眼的研究发现，IOL 偏心能引起慧差，而合并的 IOL 倾斜方向不同能增大或减小其慧差[19]。

以往手术中用到的人工晶状体多是球面IOL，但是球面IOL会引起球差问题。非球面IOL解决了球面IOL引起的球差增大的问题，可以较好地平衡角膜的正球差，从而改善对比敏感度[20-23]。Baumeister等指出相对于球面IOL，非球面IOL在某种程度上可以减少移位所产生的高阶像差[24]。带有负球差的非球面IOL可以补偿角膜正球差，使全眼球差接近于零，但IOL在囊袋内的位置必须居中，一旦发生倾斜或偏心，这种优势就会迅速丧失甚至转化为劣势[25-26]。朱海丰等构建眼模型来研究不同倾斜度和偏心量情况下不同球差的IOL对视功能的影响[27]，其结果显示，IOL在眼内无偏心和倾斜时，负球差IOL对人眼视功能的改善优于零球差IOL和正球差IOL；偏心和倾斜程度一定时，负球差IOL球差值越大，人眼的视功能降低越明显；与正球差和负球差IOL相比，零球差IOL倾斜和偏心对眼的视功能影响较小，即在IOL偏心量为1.0mm和倾斜度为10°（临床上认为该倾斜度和偏心量已会使人眼有明显视觉不适）的情况下，零球差IOL仍能表现出良好的光学性能，较好地改善人眼视功能。

造成IOL倾斜和偏心的因素很多，主要原因有襻的不对称性固定方式（囊袋-睫状沟固定）、撕囊技术（撕囊不连续、撕囊口不圆不居中）、囊袋不对称性收缩、悬韧带薄弱、皮质残留、囊膜夹持及IOL材料与设计等。因此获得可靠的人工晶状体的倾斜度和偏心量对评价手术方案以及改进手术操作具有重要作用。

2　IOL倾斜度和偏心量的测量方法

目前临床上获取IOL图像的方法有普肯野（Purkinje）影像法[28]、超声生物显微镜（Ultrasound Biomicroscopy，UBM）法、眼前段光学相干断层扫描（Anterior segment Optical coherence tomography，AS-OCT）法和三维眼前段分析（Pentacam）法。

Purkinje方法简单，能够测量人工晶状体的倾斜度和偏心量。在Purkinje影像法中，角膜前表面反射投影光线形成第1普肯野影像，人工晶状体的前、后表面则形成第3、第4普肯野影像。假设Purkinje影像位置、眼睛旋转角度、晶状体倾斜度和偏心量是线性关系，通过Purkinje第1、3和4象限的相对位置可得到倾斜度和偏心量，而线性方程中的系数是通过Zemax软件中眼模型获得的[29]。但由于此方法主要依赖于人工晶状体的前后表面曲率半径的值，那么对于扁平的人工晶状体来说，普肯野法得到的第3、4反射图像只能显示部分人工晶状体前后表面，会直接影响曲率半径的值，势必影响倾斜度和偏心量的最终结果[30-33]。

UBM是临床检查IOL倾斜和偏心常用的设备。检测IOL时，患者取仰卧位，表面麻醉后，在上下眼脸间置入专用眼杯（内含适量接触剂），检测并获取UBM图像。以虹膜平面为参照，做IOL光学部的直径连线，经中点作垂线，垂线与基线的交角即为倾斜度；经IOL直径的中点的垂线与IOL前表面的交点至基线的垂直距离即为偏心量。UBM图像中，测量晶状体两端边缘到虹膜的距离若相等，可以判断IOL未发生倾斜[34-35]。虽然UBM能清晰地看到IOL的位置，判定其是否倾斜和偏心，但它是一种接触性的检查方法，而且眼球受挤压变形会影响测量的结果[33]。

Pentacam仪是一种非接触、高分辨率、快速成像的仪器。检查时，患者散瞳后坐于Pentacam仪前方，下颌置于托架上，单只被检眼注视仪器内中心视标，Scheimpflug摄像机在2s内旋转两周，每隔7°采集1帧Scheimpflug图像，共25帧，1s完成25条扫描线，经角膜、虹膜、晶状体各层次的反射，测量并分析25000个点，获取25个方位的扫描裂隙图像，得到眼前段三维彩色图像显示和数据。检测时，Pentacam仪的中央二级管发出波长为475n m的裂隙状蓝光垂直进入眼内，在眼前节产生的反射光进入Scheimpflug摄像机内，形成眼前节裂隙图像。Pentacam仪能分辨IOL光学部的前后界面，获得IOL在眼内的三维图像，其可重复性好、精确度高[36-37]。它还可以测量前房深度，了解术后IOL在纵轴上的位置改变。Pentacam法利用图像处理软件（Image-ProPlus软件）能快速地得到IOL的倾斜度和偏心量。（Image-proplus软件先用最佳拟合方法拟合每张图像中IOL的前后表面和虹膜平面，从而确定IOL光学轴、IOL中心的位置和瞳孔中心位置，再计算相应的倾斜度和偏心量；通过测量IOL光轴与视轴之间的角度，获得IOL倾斜度；通过测量IOL的中心到瞳孔轴的垂直距离，获得IOL的偏心距离；最后分别取最大值作为IOL倾斜和偏心的最终结果。此设备价格比较贵，只有大型专科医院会使用。

AS-OCT仪是一种非接触、快速成像的仪器。检查时，选择所需的扫描类型，被检者将下颌置于下颌托上，前额紧贴额托，注视固视目标。扫描开始时，调整患者的固视角，使视轴与眼轴相一致，同时使扫描线的中点正好经过角膜中央反光点，以监视屏的图像出现角膜反射为标准。设备有内固视和外固视两个固视装置，可以矫正患者的远视力，一定程度上减少了调节误差[35-36]。AS-OCT仪扫描光线经过角膜前表面中心，以眼轴为旋转轴，360°扫描眼球，每一扫描方向上获得若干张图像。由于IOL被虹膜等不透明组织遮挡，图像只显示部分IOL表面。图像分析采用AS-OCT系统软件或是MBRul e r测量软件进行标记和测量，AS-OCT仪内部自带的分析系统中的Angle和Caliper工具可对图像上任意线段、角度等参数进行测量。AS-OCT系统软件与MB-Ruer 软件都是先确定每幅图像中IOL中心点和巩膜突的位置、计算出相应的倾斜度和偏心量，而后取最大值作为IOL倾斜和偏心的最终结果。临床上选取旋转拍摄图像中倾斜度和偏心量最大的数值作为其最终值。此设备价格比较贵，只有大型专科医院会使用。

3　不足

Purkinje方法简单，但此方法主要依赖于人工晶状体前后表面曲率半径的值，不适用于扁平的人工晶状体。UBM法虽然能清晰地看到IOL的位置，但它是一种接触性的检查方法。Pentacam法能快速地得到IOL的倾斜度和偏心值，但是该方法需要扩瞳，这样会导致瞳孔中心不是真实的瞳孔中心，所以测出的偏心量是IOL中心到非真实的瞳孔轴的距离，因此在应用中有一定的局限性[30-31]。

AS-OCT法是一种非接触性的测量和分析眼节前段结构的常用方法。但是在临床实践和研究中发现基于同一旋转角度的不同图像测出的IOL的倾斜度和偏心量是不一样的。从空间几何角度来看，无论同一扫描角度拍摄多少幅图，测出的IOL的倾斜度和偏心量应该是一样的，可是AS-OCT同一角度扫描的多幅图中测出的倾斜度和偏心量是不同的，甚至相差很大，这会增大医生准确判断IOL倾斜度和偏心量的难度。如果从这些图像的测量结果中取最大值作为IOL的倾斜度和偏心量，势必会存在误差。

在以往研究中，KumarDA等选取四幅对称方向的AS-OCT图像，借助matlab软件做最佳圆形拟合，求出IOL的倾斜度，但并未得到偏心量，而是取其中最大值作为IOL的倾斜度和偏心量的最终值[36]。由于A S-O CT扫描角度是有限的，所以并不能保证拍摄的图像中有实际的IOL倾斜度和偏心量最大的图像，因此得到的结果存在一定偏差。郁苏娟等通过几何学的方法计算得到IOL的倾斜度和偏心量，其方法涉及到先后两次最小二乘拟合运算，可能会造成误差的叠加[37]。因此寻求IOL的倾斜度和偏心量的精确估算方法是尤为重要的。

4　展望

了解术后可靠的IOL倾斜度和偏心量的状况是非常重要的，虽然目前的技术手段能够得到非常逼真的IOL图像，但由于分析方法的制约，目前还缺乏获取IOL倾斜度和偏心量的金标准方法，而且大量临床研究工作都是在探讨不同技术手段所获得的倾斜和偏心结果的异同。由于现有的测量仪器在测量中存在一定偏差，本文认为在确定IOL倾斜度和偏心量时，可以利用AS-O CT图像，依据IOL表面特点，确定IOL的几何模型，通过计算得到较准确的IOL倾斜度和偏心量；在此基础上研发出适合临床使用的测量人工晶状体的倾斜度和偏心量的软件，辅助AS-O CT扫描仪，并与临床手术相结合，进一步确认IOL在眼内的精确位置，更有效地辅助临床医生的诊断分析。

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作者邮箱：wangk78@sina.com

[中图分类号]R318.1

[文献标志码]A

doi：10.3969/j.issn.1674-1633.2014.02.019

[文章编号]1674-1633(2014)02-0066-04

收稿日期：2013-05-21

通讯作者：杜菁，副教授，首都医科大学生物医学工程学院计算机教学实验室主任。

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]本文介绍了人工晶状体的倾斜和偏心对术后视力和视觉质量的影响，总结了临床上人工晶状体倾斜度和偏心量的测量方法，并分析了这些方法的不足，指出了人工晶状体倾斜度和偏心量的测量方法的发展趋势。

[关键词]人工晶状体；视觉质量；倾斜度；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