i.Profiler和iTrace波前像差仪测量健康人眼波前像差的一致性

王梅洁 廖萱 谭青青 兰长骏

作者单位：川北医学院附属医院眼科 川北医学院眼视光学系，南充 637000

人眼并非完美的光学系统，存在低阶像差和高阶像差。高阶像差主要来源于角膜和晶状体，其中角膜像差占人眼总像差的80%，是影响视网膜成像的最主要的因素，而四阶球差（Z40）对视觉质量影响最大[1-3]。目前波前像差仪已逐渐在临床应用，如个性化引导角膜屈光手术、屈光性白内障手术个性化人工晶状体（IOL）的选择、视觉质量评价以及其他眼科疾病诊疗，在视光学方面还可以指导角膜塑形镜和眼镜的验配。i.Profiler（德国Carl Zeiss公司）是采用Hartmann-Shack原理的波前像差仪（光源波长555 nm，1 500个采样点），同时集Atlas 9000角膜地形图（基于Placido盘设计，18个完整的环形，3 425个角膜测量点）、自动验光仪和角膜曲率计为一体，测量2～7 mm瞳孔直径下角膜曲率、角膜散光、角膜有效屈光力、角膜2～7阶高阶像差值等以及3 mm和5 mm瞳孔直径下全眼Zernike多项式像差值。i.Profiler在国外应用较多，通过对人眼高阶像差进行量化及处理，确定人眼不同瞳孔直径下的最适屈光度，结合i.Scription技术，制定个性化镜片[4，5]。与传统的验光配镜比较，能更好适应瞳孔直径的变化，明显地改善暗视力。i.Profiler验光结果具有良好的重复性，且显示出与其他电脑验光仪较好的一致性[6，7]。i.Profiler刚进入国内，有必要对其测量国人眼波前像差的准确性进行评价。iTrace视觉质量分析仪（美国Tracey公司）是采用Raytracing原理的波前像差仪，同时集角膜地形图、自动验光仪和角膜曲率计为一体，可以测量2～6 mm瞳孔直径下角膜、眼内、全眼2～7阶高阶像差值等，目前广泛用于临床，测量的准确性已得到肯定。本研究旨在通过比较i.Profile与iTrace测量的角膜和全眼波前像差值，对i.Profiler测量国人眼波前像差参数测量的准确性进行验证，为临床应用提供参考。

1 对象与方法

1.1 对象

纳入标准：①等效球镜度（SE）≤-3.00 D，柱镜度数≤-1.00 D，最佳矫正视力（BCVA）（LogMAR）优于0；②泪膜功能正常，认知能力正常，能积极配合检查者；③4周内未配戴硬性角膜接触镜，2周内未配戴软性角膜接触镜；④测量前未进行过眼部侵入性检查；⑤无眼部手术史和外伤史。排除标准：①有角结膜病变者（如圆锥角膜、角膜瘢痕、翼状胬肉等）；②有葡萄膜炎、青光眼病史者；③晶状体混浊、眼底黄斑和视网膜病变者。

纳入2018年5 ─7月在川北医学院附属医院眼科门诊检查的健康青年人96例，其中男46例，女50例；年龄18～28（21.0±1.9）岁；球镜度数0.00～-3.00（-1.40±1.00）D；柱镜度数0.00～-1.00（-0.50±0.50）D。所有患者由同一位检查者使用i.Profiler和iTrace对受检者右眼进行测量。本研究已获得川北医学院附属医院伦理委员会批准，批号：2018ER（A）036，所有受检者均签署知情同意书。

1.2 像差测量

采用0.5%复方托吡卡胺滴眼液（美多丽，日本Santen公司）滴眼，受检者的右眼散瞳至≥7 mm，由同一位经验丰富的检查者在同一检查室依次进行像差测量。受检者瞬目后睁眼充分暴露角膜，注视i.Profiler目标图像（彩色条纹的热气球）。检查者单击瞳孔影像中心部，设备自动对焦，使用Hartmann-Shack传感器拍摄一系列图像，并将其组合成一个结果。该设备每次自动连续测量3次，并选择最优数据传输到计算机作为最终测量结果。该设备还可以通过传感器栅格图像的完整性分析受检者泪膜是否稳定，测量结果是否可靠，图像显示较大空缺者，则重新进行测量。相同检查条件下，受检者瞬目后睁眼充分暴露角膜，注视iTrace的Placido盘的红色光标。检查者按屏幕提示进行对焦，设备自动采集图像获取数据。若结果显示256个检测点中出现10个以上被排除点，说明测量结果不可靠，重新进行测量。

2种设备测量结束后分析2～6 mm瞳孔直径下角膜和3、5 mm瞳孔直径下全眼的总高阶像差（Total higher-order aberration，tHOA）、球差（Spherical aberration，SA）（Z40）、三阶彗差（Z3-1、Z31）和三阶三叶草像差（Z3-3、Z33）值。

1.3 统计学方法

系列病例研究。采用SPSS 25.0软件行数据统计和分析。参数的分布情况应用Kolmogorov-Smirnov检验，所有测量参数P＞0.05，提示符合正态分布，计数资料以均数±标准差表示。采用配对t检验、Pearson相关系数、Bland-Altman散点图、95%一致性界限（95% limits of agreement，95%LoA）综合分析2种设备的一致性。95%LoA定义为二者差值平均值±1.96标准差，小于0.1 μm为临床可接受，范围越窄，一致性越好[8，9]。以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 i.Profiler和iTrace测量角膜高阶像差的一致性

i.Profiler和iTrace在2～6 mm瞳孔直径下测量的角膜tHOA、Z40、Z3-3、Z33、Z3-1和Z31值，差异均无统计学意义（均P＞0.05）；二者之间除2 mm瞳孔直径下角膜tHOA（r=0.619，P＜0.001）、Z4（0r=0.795，P＜0.001）、Z31（r=0.785，P＜0.001）外，余角膜高阶像差相关系数r均＞0.800，P＜0.001，显示二者相关性较好。角膜所有高阶像差测量值的95%LoA范围均较窄，小于0.1 μm。角膜高阶像差均随着瞳孔直径的增大而增高，与瞳孔直径呈正相关。见表1。

2.2 i.Profiler和iTrace测量全眼高阶像差的一致性

由于i.Profiler只能分析3 mm和5 mm瞳孔直径下全眼Zernike函数中各阶像差，所以进行这2个瞳孔直径下参数分析。i.Profiler和iTrace在3、5 mm瞳孔直径下测量的全眼tHOA、Z40、Z3-3、Z33、Z3-1和Z31值，差异均无统计学意义（均P＞0.05），二者之间测量值除3 mm瞳孔直径下全眼Z31相关系数r为0.571（P＜0.001）外，余全眼高阶像差相关系数r均＞0.800（P＜0.001），二者相关性较好，见表2。3 mm和5 mm瞳孔直径下，2种设备测量全眼高阶像差的95%LoA范围均较窄，小于0.1 μm。Bland-Altman散点图显示每个像差成分测量值仅有极少数点位于95%LoA以外（见图1─2）。3 mm和5 mm瞳孔直径下，全眼球差（Z40）分别为（0.010±0.008）μm、（0.073±0.052）μm，角膜球差（Z40）分别为（0.016±0.007）μm、（0.116±0.031）μm，同一瞳孔直径下，全眼球差（Z40）小于角膜球差（Z40）。

3 讨论

人眼的高阶像差会导致视敏度和对比敏感度下降，如角膜屈光手术会增加角膜像差特别是球差，导致患者术后出现单眼复视、眩光、光晕等，影响术后视觉质量[10，11]。白内障手术由于角膜切口的位置、大小以及不恰当的IOL的植入，术后波前像差尤其是全眼球差增加，对比敏感度降低，导致患者术后夜间视力下降和产生视觉干扰症状[1]。对于Kappa角大于0.50 mm且4 mm角膜直径下总高阶像差大于0.50 μm的患者不建议植入多焦点IOL[12]。所以术前对患者进行像差检查，根据检查结果个性化制定诊疗方案，可减少术后高阶像差，提高术后视觉质量。角膜塑形镜是近视防控的一种有效方法，但若光学治疗区偏中心，可能导致角膜tHOA、总三阶像差（主要是彗差）的增大，产生虚影、视物模糊等症状，所以在配戴过程中进行像差检查有较大的临床意义[13，14]。圆锥角膜会导致角膜像差尤其是Z3-1增加[15]，角膜像差检查有助于圆锥角膜诊断、严重程度分级和视力预测[16]。干眼患者的角膜总高阶像差尤其是彗差和三叶草像差显著增加[17]，视觉质量下降，角膜像差测量有助于干眼的诊断和疗效评估。另外，研究发现弱视的治疗效果与全眼和眼内球差有关，对于弱视儿童的检查和疗效评估除了视力外，也可结合波前像差综合分析[18]。所以，像差仪在临床上有广泛的用途。

表1.i.Profiler和iTrace测量角膜高阶像差值(μm)及一致性Table 1.Differences and agreement of corneal higher order aberration measurement (μm) between i.Profiler and iTrace

采用Ray tracing原理的iTrace是目前临床常用的像差仪，其测量的重复性已被证实[19]。采用Hartmann-Shack原理的i.Profiler在国外主要被视光师采用，目前尚未见在国人应用方面的临床研究，有必要评价其测量国人波前像差的准确性。本研究发现i.Profiler和iTrace测量角膜和全眼高阶像差结果差异均无统计学意义，并且具有良好的一致性和相关性。高阶像差均随瞳孔直径的增加而增大。Applegate等[20]研究也显示在3～7 mm瞳孔直径下角膜的高阶像差随瞳孔直径的增大而增高，其中角膜球差的变化幅度最大。Xu等[21]对比了iTrace和采用Hartmann-Shack原理的KR-1W波前像差仪（日本Topcan公司）的测量结果，发现差异无统计学意义，二者之间一致性良好。Rodríguez等[22]通过比较Hartmann-Shack原理的Zywave波前像差仪（美国Bausch kIIlb公司）和iTrace测量角膜高阶像差，发现二者一致性较好。

表2.i.Profiler和iTrace测量全眼高阶像差差值及（μm）的一致性Table 2.Differences agreement of ocular higher order aberrations (μm) measure ments between i.Profiler and iTrace

图1.3mm瞳孔直径下2种设备测量全眼波前像差参数的Bland-Altman图（96眼）中间实线表示差值平均值，上下虚线表示95%LoAA：tHOA；B：Z40；C：Z3-3；D：Z33；E：Z3-1；F：Z31Figure 1.Bland-Altman plot of parameters measured by the two devices under 3 mm pupil diameter (96 eyes).The solid line indicates the mean difference in measurements by the two devices; the dotted lines indicate the 95% limits of agreement in measurements by the two devices.A:Total higher-order aberration.B:Spherical aberration.C:Vertical trefoil.D:Horizontal trefoil.E:Vertical coma.F:Horizontal coma.

图2.5mm瞳孔直径下两台设备测量全眼波前像差参数的Bland-Altman图（96眼）中间实线表示差值平均值，上下虚线表示95%LoAA：tHOA；B：Z40；C：Z3-3；D：Z33；E：Z3-1；F：Z31Figure 2.Bland-Altman plot of measurements by the two devices under 5 mm pupil diameter (96 eyes).The solid line indicates the mean difference in measurements by the two devices; the dotted lines indicate the 95% limits of agreement in measurements by the two devices.A:Total higher-order aberration.B:Spherical aberration.C:Vertical trefoil.D:Horizontal trefoil.E:Vertical coma.F:Horizontal coma.

本研究中5 mm瞳孔直径下，i.Profiler和iTrace测量全眼Z40分别为（0.073±0.052）μm和（0.074±0.050）μm。Visser等[23]比较iTrace和Hartmann-Shack原理的Irx3波前像差仪（法国Orsay公司），证实了二者之间一致性较好。而且，在5 mm瞳孔直径下，全眼球差分别为（0.064±0.076）μm和（0.063±0.068）μm，与本研究结果相似。Yi等[24]使用Hartmann-Shack原理的HASO32波前像差仪（法国Orsay公司）研究认为景深随瞳孔直径的增大而减少，同时与角膜球差呈负相关性，其中5 mm瞳孔直径下，全眼球差为（0.075±0.062）μm，与本研究的全眼球差结果相近。

本研究中3 mm和5 mm瞳孔直径下，全眼Z40分别为（0.010±0.008）μm、（0.073±0.052）μm，角膜Z40分别为（0.016±0.007）μm、（0.116±0.031）μm，同一瞳孔直径下，全眼球差小于角膜球差。本研究中均是健康青年人，说明在健康青年人中，眼内的球差为负，对角膜正球差具有明显补偿作用，全眼球差极小，所以视觉质量高。我们之前通过对比植入非球面和球面IOL的白内障患者术后视觉质量发现，非球面IOL植入后，IOL负球差可以矫正角膜的正球差，术后能改善患者暗环境下视觉质量[25]；3 mm和5 mm瞳孔直径下，全眼Z3-1分别为（0.013±0.100）μm、（0.068±0.035）μm，角膜分别为（0.021±0.020）μm、（0.081±0.059）μm，同一瞳孔直径下，全眼Z3-1小于角膜Z3-1，说明在健康青年人中，眼内Z3-1对角膜像差具有补偿作用。Gatinel等[26]通过比较角膜前表面和全眼像差发现，角膜像差与晶状体像差之间存在着补偿机制。Kelly等[27]用像差仪分析30例年轻人的角膜和全眼高阶像差，同样发现眼内都对角膜像差具有补偿作用，其中球差的补偿作用比较恒定，而彗差的个体差异较大，瞳孔直径和年龄等因素会影响这种补偿或迭加作用，与本研究结果一致。Oshika等[28]同样认为随着年龄的增长，由于角膜变性或者内皮细胞功能的下降使角膜平整性发生改变，引起角膜彗差的增加。同时随着年龄的增长，泪液分泌减少，也会增加角膜像差，而对于不同年龄角膜球差相对较稳定。所以角膜和全眼高阶像差的准确测量和分析对矫正人眼波前像差，指导个性化IOL选择，引导角膜屈光手术和评估术后视觉效果都有重要的临床意义。

像差仪测量的次数、测量的数据点以及光源波长与测量设备的精确性密切相关[29]。本研究中，i.Profiler自动从3次测量中选择最优数据作为最终测量结果，而iTrace每次只进行1次测量，二者测量结果的差异无统计学意义。i.Profiler同时检测所有入瞳光束，而iTrace是依次追踪单个入瞳光束，进行整合得到的像差分析，这样避免了光斑之间重合对像差测量的影响，在较高像差或屈光介质不透明状态下优于i.Profiler的测量，同样二者测量结果的差异无统计学意义。

本研究发现i.Profiler存在以下不足：如不能提供眼内波前像差值；角膜和全眼的彗差和三叶草像差需根据像差计算公式另行计算；全眼像差只提供3、5 mm瞳孔直径下的数据；不能提供Kappa角、Alpha角数值等。本次研究也有其局限性，由于受检者均为青年人群，屈光介质透明，所以无法明确2种设备在不同年龄以及白内障患者或者其他影响屈光介质透明度的疾病测量方面的差异性。在今后研究中将扩大样本范围，对不同年龄段以及白内障患者进行研究，明确其在屈光介质不同混浊程度状况下测量的精确性。

综上所述，i.Profile与iTrace测量角膜和全眼高阶像差均具有较好一致性，在临床上二者数据可以相互参考；角膜和全眼高阶像差均随着瞳孔直径的增大而增加，其中球差的增加幅度最明显。

利益冲突申明本研究无任何利益冲突

作者贡献声明王梅洁：参与选题、设计，实施像差仪检测，收集数据、统计处理，撰写论文初稿。廖萱：指导课题设计及研究实施，修改论文尤其是英文部分。谭青青：参与选题、设计、资料的分析，修改论文尤其是英文部分。兰长骏：课题总体设计、资料的分析，全面修改论文