双通道视觉质量分析系统的临床应用

刘慧杰 柴松

双通道视觉质量分析系统的临床应用

刘慧杰 柴松

双通道视觉质量分析系统 (optical quality analysis system,OQAS)自2002年应用于眼科以来，能全面客观反映实际的眼光学系统的成像质量，具有稳定性好、重复性好、干扰少等优点。该技术的问世，实现了视觉质量的量化，进一步完善了我们对视觉的评判。本文对近年来这一技术在眼科临床中的应用进展进行简要介绍，为临床判断患者的视觉质量提供新的思路。

双通道视觉质量分析系统；白内障；角膜屈光手术

双通道技术(double-pass technique,DP)在1955年由Flamant[1]提出后一直广泛应用于生理光学方面。双通道视觉质量分析系统 (optical quality analysis system,OQAS)自2002年应用于眼科以对视觉功能进行检测，其能够从像差、散射和衍射等方面综合分析人眼的视觉质量，其工作原理是由激光二极管发射器发射出780 nm波长的红外点光源，通过一系列双面镜的反射，经过眼的屈光系统后成像在视网膜上，成像的反射光线再经原路返回，依靠一立体照相机CCD接收成像，然后通过外设PC机获取并分析该视网膜像[2]，它同时还包括一个注视系统(LED-CCD2)，用以确保测试者实时监测患者的瞳孔变化和中心注视情况。

1 OQAS的测量参数

1.1 点扩散函数(point scatter function,PSF) 指一个物点经过光学系统后在像面上的光强分布函数，包含像差、散射和衍射的信息，能综合研究、分析人眼的视网膜成像质量[3]。PSF反映了一个点光源投射到视网膜上所发生的位置和光强度的偏差。所有物体都可以认为是由许多独立的光点组成，而每个光点都可形成自己的PSF像，将这些PSF像相叠加就组合成了物体的像[4]。一般认为，形成的光斑面积越小，则点光源经过人眼光学系统后弥散越小,视网膜成像质量就越好；光斑的光强度越大，则点光源经过人眼光学系统后光能量损失越少，视网膜成像质量就越好[5]。

1.2 调制传递函数(modulation transfer function,MTF) 是不同空间频率的正弦条纹通过光学系统后与通过前的调制度的比值，表达的是对称性像差。MTF反映光学系统对不同空间频率的传递能力，一般随着空间频率的增大而逐渐降低，数值范围0～1，MTF值越大，成像越清晰，视觉质量越好[4]。高空间频率较低空间频率经眼球这一光学系统后其调制度下降的幅度大[5]。一般而言，低空间频率在识别轮廓方面较高空间频率作用更大，这对于白内障患者视力较好，为何仍诉明显视物不清能提供合理的解释[5]。MTF曲线可告知整个图像的对比度变化，而视力仅是曲线上的一点，因此认为MTF包含更全面信息量，能更准确地判断成像的性质。MTF截止频率(modulation transfer function cut off frequency,MTF cut off)：表示人眼MTF曲线在空间频率达到该频率值即MTF值趋向于零时，就会到达分辨率极限。光学系统的像差越大,成像质量就越差,引起的物像对比度下降就越厉害[6]。此值代表低对比度时的最高频率，由于OQAS记录的PSF图像会被照相机内的固有高频噪音所影响，而且对于非常小的MTF值这种影响可能更明显，为了避免这种人工误差，OQAS使用0.01 MTF值(对应1%的对比度，即OV1%)作为截止频率，除以30 c/deg就是小数制的中心视力[7]。正常人此值≥30 cpd，其值越大，视觉质量越好。在无像差和衍射的理想条件下，人眼能分辨的最大空间频率是60 cpd[5]。

1.3 斯特列尔比值(strehl ratio,SR) 指在同一瞳孔直径下，有像差光学系统与衍射受限光学系统(无像差)的PSF中心峰值的比值，正常人眼为30%，比值越高的光学系统越接近无像差光学系统。将SR值为80%时称为衍射极限，若SR值超过95%认为其性能不亚于无像差光学系统[5]。OQAS可直接获得SR值。

1.4 对比度视力(visual acuity,VA) 指保持对比度不变，测定能辨识的空间频率阈值，可以更灵敏、全面地反映视功能状态。在日常生活中，周围环境中各种目标的对比度是高低不同的，而人眼对不同目标的分辨率也不同，普通视力检查只能测定高对比度下人眼对不同空间频率的视标的识别能力[8]，而OQAS可以同时获得对比度为100%、20%及9%时的对比度视力值，进而直观的反映出在不同对比度情况下的视力，从而指导角膜屈光、白内障等手术适应症的选择。

1.5 客观散射指数(objective scattering index,OSI) 散射指光线通过不均匀介质而偏离其原来的传播方向而散开到各个方向的现象。目前的测量仪器无法客观、准确的检测散射指数。OQAS基于双通道技术可客观简便地获得患者的眼散射指数，对眼内各屈光介质病变造成散射指数的变化进行量化评估，以此来对白内障发展阶段、后囊浑浊程度及干眼程度进行分度，也可应用于角膜炎和葡萄膜炎的诊治。OSI是双通道影像外周(12～20弧分)与中心(1弧分)的光能量之比，比值介于0～10，由于像差存在于成像图像的中央部分，散射存在于图像的外周部分，因此，OSI值越高，周围的区域就越大，散射情况也就越严重[4]。

1.6 客观验光 传统主观验光是以最佳矫正视力为依据，而客观验光则以最佳视觉质量为依据，视力≠视觉质量，而视觉质量与患者满意度直接相关。OQAS可在主观验光矫正球镜±3D误差范围内进行客观验光，从而获得最佳视觉质量时的屈光度数，以此来指导角膜屈光手术方案的设计及临床验配工作。

1.7 自然晶状体及人工晶状体的调节幅度测量 OQAS可在客观验光获得最佳视觉质量时的屈光度数的基础上，通过附加-1.0 D～+3.0 D的调节刺激，以0.5D递增，诱导晶状体产生调节反应，在每个调节刺激下采集4副PSF图像，取均值进行分析以获得对应的视网膜像。OQAS调节度始于图像质量最佳时的宽度，而终于此宽度增加至2倍时。OQAS晶状体调节幅度检查对白内障可调节人工晶状体的选择具有指导意义，同时对术后调节力的评估及远期跟踪有重要作用，也可用于老视的进展情况及阅读功能评估。

1.8 客观检测泪膜功能 OQAS通过每隔0.5 s记录一次OSI值，并根据其随时间的变化画出曲线图，并与正常健康人的曲线图相对比，进而客观评价泪膜的功能。相对于传统的荧光素染色、泪液分泌实验等接触检查方法，患者更易于接受OQAS，患者的依从性也会有所提高，对干眼的早期发现、疗效评估及跟踪随访有重要意义。OQAS不仅可客观、快速、准确地评估角膜屈光、白内障术后患者的泪膜功能，还能判断出单纯因泪膜质量下降造成的视觉疲劳。

2 OQAS在眼科的应用

2.1 白内障 目前，白内障主要依据裂隙灯下晶状体的情况来分级，最具代表性的是LOCS Ⅲ分级系统[9]。尽管判断标准中包含对晶状体各方面特征的描述，但临床上还是取决于临床医生的主观判断。OQAS运用双通道技术研究点光源在视网膜的成像，通过分析双通道图像中周边光线(12～20弧分)与处于中间峰值(1弧分)的光线强度的比值、散射光线的分布，从而得出OSI值来衡量眼内散射情况，进而来定性白内障的严重程度。

Artal等[10]曾对53只眼(15只正常眼和38只核性白内障眼)应用双通道技术和LOCSⅢ分级系统进行比较分析，发现二者有75%的一致性。OQAS中的OSI值可有助于白内障的客观分级[11,12],OSI低于 0.5为无白内障(正常眼)，OSI在0.5～1.5时为轻度增高期，建议进一步跟踪检查，OSI为1.5～4时为早期白内障，OSI高于4时为成熟期白内障。临床医师可应用两种分类综合分析为白内障手术时机的选择提供可靠依据。

目前白内障的手术方式及手术切口大小因临床医师个人经验存在一些差异，例如手术切口位置、手术切口方式以及手术切口大小之间的差异，虽然术后视力都会达到预期，但视觉质量是否存在差异,这个问题随着OQAS的诞生也带来了解决办法。何奇柳[13]就针对1.8 mm和3.0 mm切口白内障超声乳化手术患者的视觉质量进行了比较，研究发现1.8 mm切口白内障术后视力短期恢复比标准同轴白内障手术快，而且术源性散光较小。

Artal[14]曾用OQAS对Tecnis ZM900、ReSTOR SN6AD1、Acri.Lisa 366D和Crystalens HD四种人工晶状体对老视的矫正效果进行评估,发现Crystalens HD有更好的PSF值及最低的OSI值，而Acri.Lisa 366D则有最佳MTF曲线。Holland等[15，16]分别对植入Toric、 Lentis L313T Toric人工晶状体和体外AcrySof SA60AT 植入模型眼后的视觉质量进行了评估，发现不同类型的人工晶状体对患者视力、散光有不同程度的矫正，而晶状体自身轴位的旋转也不同，这为临床医师为患者选择合适的人工晶状体提供了可靠的依据。

目前，随着手术技术的提高和人工晶状体材料的改进，虽然后发障的发生率及Nd∶YAG激光囊膜切除率已经下降到了个位数，但在人口众多的我国仍是一个庞大的群体。王新[17]对人工晶体材料及Nd∶YAG激光对人工晶状体眼散射光及视觉质量的影响进行了研究，分析发现散射光严重影响人工晶状体眼的视觉质量，而其与年龄、最佳矫正视力等影响因素没有相关性；还发现疏水性丙烯酸酯的人工晶状体眼内散射光值较亲水性丙烯酸酯的人工晶状体眼内散射光值小,并且视觉质量较好。Nd∶YAG激光后囊膜切开术治疗后发性白内障患者,术后最佳矫正视力明显提高,同时与术前比较球差、慧差、散射光值明显降低,术后可以重新获得较好的视觉质量。

2.2 角膜屈光手术 Ondategui等[18]运用OQAS分别对行PRK和LASIK手术患者的术前及术后3个月的视觉质量进行比较，发现术后除OSI值升高外，其他参数值均降低，提示两种手术均增加了眼内散射，对视网膜的成像质量均有不利影响。通过MTF参数可解释为何术后患者视力良好而仍诉视物不清[19]。

目前青少年儿童近视发生率逐渐提升，除了进行手术治疗以外，配戴角膜塑形镜来矫正视力以及延缓近视的发展也逐渐得到大家的认可。角膜塑形镜与角膜直接接触，通过眼睑的压力作用使角膜变平，从而降低角膜曲率，降低近视度数。在临床应用中，我们除了关注患者的视力、屈光状态以及角膜状态外，还应该关注患者视觉质量是否也发生了一定的变化。谷天瀑[20]利用OQAS对配戴角膜塑形镜前后视觉质量和眼内散射进行了评估。随机选取8～16岁患者32例，屈光度为-1.00～5.75 DS，散光度数为0～-1.50 DC，患者在配戴前、佩戴后7 d、1 m和3 m分别接受OQAS检查，研究发现患者配戴角膜塑形镜后初期视觉质量下降，表现为MTF截止频率和各对比度下OQAS值下降，OSI升高；配戴塑形镜后3个月视觉质量逐渐恢复到配戴前水平。

2.3 白内障及角膜屈光术后视力恢复的预测及术后满意度的评估 OQAS可行客观准确的对比度视力检查，该视力仅仅是对屈光间质的检测评估，不等同于大脑皮质反应的视力，对于单纯白内障或屈光不正的患者，其客观视力与主观视力应该相符合，如若不符应慎重手术，需进一步查找原因。白内障患者的客观视力若高于主观视力，提示患者不仅仅存在屈光不正，还存在视网膜或者视神经疾病，单纯白内障手术不能完全解决视力问题，此时手术应慎重；若客观视力低于主观视力，则符合白内障原则，单纯白内障术后视力会明显提高。屈光不正患者若客观视力高于主观视力，则提示患者角膜屈光术后视力会明显提高，相反则提示术后视力提高欠佳，需进一步结合OSI值进行相关分析。综上所述，OQAS相关参数的检测对临床医生对手术预后的预测提供了依据，对于一些眼病的漏诊也有一定的预防作用，也能大大提高患者的术后满意度。

2.4 客观检测评估泪膜质量 传统的泪膜功能检测方法包括角膜荧光素染色(corneal fluorescencestain,FL)、泪膜破裂时间(tear break-up time,BUT)和基础泪液分泌实验(schirmer I test,SIT)等，这些检测方法是具有刺激性的接触检查方法，而且与临床医师的经验也有一定的相关性。OQAS可通过对OSI值的检测从屈光学角度客观、快速、准确地评估泪膜质量。在OSI时间曲线图上，泪膜破裂时OSI值开始呈上升趋势，干眼患者较健康眼变化的时间更早，变异幅度也更大。裂隙灯下观察泪膜破裂时间依赖于临床医师的主观经验，而从OSI时间曲线图上可客观准确的读取泪膜开始破裂的时间，更利于干眼的早期发现及疗效评估。

2.5 评估角膜病、葡萄膜炎对视觉质量的影响 角膜会因为炎症、上皮受损及溃疡等因素影响视觉质量，OQAS和Hartmann-Shack波前像差仪通过相关参数测量均可量化因角膜炎而导致的视觉质量下降，从而对疾病的发展和治疗方案给予指导[21]。而OQAS还可通过OSI值的测量对葡萄膜炎的疾病发展和抗炎药物应用等方面有重要的意义。Nanavaty等[22]应用OQAS对患葡萄膜炎眼进行测量，发现前房细胞与OSI值呈明显的线性相关，而玻璃体腔细胞与OSI值则无明显的相关性。

2.6 老视的进展情况及阅读功能的评估 阅读是通过改变晶状体的焦距来获得清晰倒立、缩小的实像。随着年龄的增加，晶体核会逐渐硬化，晶体的可塑性及弹性也会逐渐减弱，从而导致调节功能逐渐减弱，致使近距离工作或阅读发生困难，这就是我们所说的老花眼。而OQAS可客观、快速、准确地量化评估自然晶状体及人工晶状体的调节幅度，并以此来评估晶状体的调节能力的变化。

2.7 弱视客观视觉质量的评估 弱视是小儿在出生后的视觉发育关键和敏感期内,视觉神经系统因各种影响视觉发育的眼病和(或)视觉环境的不良(形觉剥夺、斜视和屈光不正等)，使双眼视功能长期紊乱，视觉系统神经元功能、亚细胞及轴树突形态、数量发生变化出现分子神经生物学发育模式的异常。治疗弱视年龄因素至关重要，越早发现并及时治疗，疗效则越高；因此，弱视的早期发现也至关重要。OQAS是一种客观检测系统，排除了患者的主观不能配合的干扰，能够直接检测出当前的视觉质量。肖信等[23]研究发现弱视儿童的MTF cutoff、OV100% 和OV20% 低于正常，而且随着球镜度数和散光度数的增加，弱视儿童的MTF cutoff、SR、OV100%、OV20% 和OV9% 值下降，而OSI 值上升。

2.8 其他方面应用 OQAS还可用于评估配戴多焦点、双光角膜接触镜后的视觉质量变化[24]；评估因瞬目而致泪膜变化进而影响眼MTF值的变化[25]；后房型人工晶状体眼矫正圆锥角膜、中高度屈光不正的视觉质量[26]；评估不同程度近视患者视觉质量之间的差异[27]。

圆锥角膜多发生于青春期前后，会造成视力严重受损。目前临床治疗多为延缓发展、尽可能保留视力，包括内科治疗、加压包扎、光学矫正以及手术治疗。本病确切病因不清，暂无有效预防措施，早发现早诊断是本病防治的关键。王萌萌[28]运用双通道视觉质量分析系统对角膜交联手术后的客观视觉质量进行了评估，研究发现角膜交联手术没有使患者的术后视觉质量受到影响，反而影响了术后6个月的泪膜稳定性。

3 OQAS的局限性

OQAS内置的Thorner视力计仅能矫正小度数的散光，大于0.5D的散光则需要外置柱镜来矫正，而且有研究显示，对于未矫正的超过1D单位屈光，OSI值则大于1，OQAS仅可测量单一色差等[10]，这些对于OQAS在临床的应用有一定的限制。Artal等[29]认为如果入射光线达不到衍射极限，所测得的MTF值将会降低。而且，入射光线的偏中心也会使MTF降低。Williams等[30]认为红外光线会增加视网膜的散射，但各层视网膜的反射光线对MTF值得影响及影响程度尚不完全了解。

OQAS测量过程有一定的复杂性，患者如果年龄过小或缺乏一定的耐心会影响检查的完整性和准确性，因此在青少年儿童中的应用存在一定的局限。

综上所述，OQAS视觉质量分析系统稳定性好，重复性好，干扰少，能全面且客观地反应眼光学系统的成像质量。OQAS在临床诊断与治疗方面能起到很好的辅助作用，我们应该利用其优势不断扩大其在临床应用的空间，但也应同时认识其不足之处，结合其他先进技术及仪器更好的为临床服务。

1 Flamant F.Distribution of light in the retinal image.Arch Ophtalmol Rev Gen Ophtalmol,1956,16:54-66.

2 Santamaria J,Artal P,Bescos J.Determination of the point-spread function of human eyes using a hybrid optical-digital method.J Opt Soc Am A,1987,4:1109-1114.

3 Charman WN.Wavefront technology:past,present and future.Contlens Anterior Eye,2005,28:75-92.

4 万修华,张烨,乔利亚.双通道系统视觉质量分析仪评价正常人视觉质量的可重复性研究.眼科,2013,22:175-179.

5 肖显文,张红,田芳.双通道视觉质量分析系统在眼科的应用.国际眼科纵览,2013,37:77-82.

6 姜珺,金婉卿,吕帆.点扩散函数法在人眼成像质量分析中的特征.眼视光学杂志,2008,4:291-294.

7 Saad A,Saab M,Gatinel D.Repeatability of measurements with a double-pass system.Cataract Refract Surg,2010,36:28-33.

8 Weakley DR.The association between nonstrabismic anisometropia, amblyopia,and subnormal binocularity.Ophthalmol,2001,108:163-17.

9 Chylack LT,Wolfe JK,Singer DM.The lens opacities classification system Ⅲ.The Longitudinal Study of Cataract Study Group.Arch Ophthalmol,1993,111:831-836.

10 Artal P,Benito A,Perez GM.An objective scatter index based on double-pass retinal images of a point source to classify cataracts.PLoS One,2011,6:e16823.

11 Ortiz D,Alio JL,Ruiz-Colecha J.Grading nuclear cataract opacity by densitometry and objective optical analysis.J Cataract Refract Surg,2008,34:1345-1352.

12 Vilaseca M,Romero MJ,Arjona M.Grading nuclear,cortical and posterior subcapsular cataracts using an objective scatter index measured with a double-pass system.Br J Ophthalmol,2012,96:1204-1210.

13 何奇柳.1.8mm和3.0mm切口白内障超声乳化手术患者视觉质量的比较.复旦大学，2014.

14 Artal P.Understanding aberrations by using double-pass techniques.J Refract Surg,2000,16:560-562.

15 Holland E,Lane S,Horn JD.The Acry-Sof Toric intraocular lens in subjects with cataracts and corneal astigmatism:a randomized,subject-masked,parallel-group,1-year study.Ophthalmology,2010,117:2104-2111.

16 Debois A,Nochez Y,Bezo CJ.Refractive precision and objective quality of vision after toric lens implan-tation in cataract surgery.J Fr Ophthalmol,2012,35:580-586.

17 王新.人工晶状体材料及Nd:YAG激光对人工晶状体眼散射光及视觉质量的影响.天津医科大学，2014.

18 Ondategui JC,Vilaseca M,Arjona M.Optical quality after myopic photorefractive keratectomy and laser in situ keratomileusis:comparison using a double-pass system.J Cataract Refract Surg,2012,38:16-27.

19 Vilaseca M,Padilla A,Pujol J.Optical quality one month after verisyse and Veriflex phakic IOL implantation and Zeiss MEL 80 LASIK for myopia from 5.00 to 16.50 diopters.J Refract Surg,2009,25:689-698.

20 谷天瀑,魏瑞华,林伟平.双通道视觉分析系统评估配戴角膜塑形镜前后的视觉质量和眼内散射.眼科新进展,2015,35:445-448.

21 Jimenez JR,Ortiz C,Perez-Ocon F.Optical image quality and visual performance for patients with keratitis.Cornea,2009,28:783-788.

22 Nanavaty MA,Stanford MR,Sharma R.Use of the double-pass technique to quantify ocular scatter in patients with uveitis:a pilot study.Ophthalmologica,2011,225:61-66.

23 肖信,刘伟民,王英.双通道视觉质量分析系统评价弱视儿童的视觉质量.眼科新进展,2014,34:1157-1160.

24 Pujol J,Gispets J,Arjona M.Optical performance in eyes wearing two multifocal contact lens designs.Ophthalmic Physiol Opt,2003,23:347-360.

25 Montes-Mico R,Alio JL,Charman WN.Postblink changes in the ocular modulation transfer function measured by a double-pass method.Invest Ophthalmol Vis Sci,2005,46:4468-4473.

26 Kamiya K,Shimizu K,Igarashi A.Clinical evaluation of optical quality and intraocular scattering after posterior chamber phakic intraocular lens implantation.Invest Ophthalmol Vis Sci,2012,53:3161-3166.

27 夏风杰,徐欢欢,闫峰.青年近视患者客观视觉质量的对比研究.临床医学研究与实践,2016,8:1-11.

28 王萌萌，董伸峰，张军红.运用双通道视觉质量分析系统评估角膜交联手术后的客观视觉质量.国际眼科杂志,2016,16:1196-11980.

29 Artal P,Marcos S,Iglesias I.Optical modulation transfer and contrast sensitivity with decentered small pupils in the human eye.Vision Res,1996,36:3575-3586.

30 Williams DR,Brainard DH,Mcmahon MJ.Double-pass and Interferometric measures of the optical quality of the eye. Opt Soc Am A Opt Image Sci Vic,1994,11:3123-3135.

10.3969/j.issn.1002-7386.2017.03.039 ·综述与讲座·

项目来源：河北省医学科学研究重点课题(编号：ZD20140052)

050000 石家庄市，河北医科大学第二医院眼科(刘慧杰为在读研究生)

柴松，050000 石家庄市，河北医科大学第二医院；

E-mail:chai-song@hotmail.com

R 77

A

1002-7386(2017)03-0454-04

2016-08-19)