OPD波前像差分析仪和Pentacam三维眼前节分析仪对正常人眼角膜球差的特征分析

刘彧琦 王静 于佳明 徐微 李博文 张劲松

人眼并不是一个完美的光学系统，本身存在着缺陷，使得实际人眼不仅存在离焦和散光等低阶像差，还存在彗差、球差等高阶像差[1]，这些高阶像差明显影响着人们的视觉质量。准确测量及分析人眼的高阶像差对于正确引导手术、人眼像差的矫正、术后获得满意的视觉效果有重要意义。随着白内障手术技术的发展，人们需要准确地测量角膜球差值以指导非球面人工晶状体的选择。本研究使用OPD波前像差分析仪和Pentacam三维眼前节分析仪分别测量调查对象的角膜球差值，对比OPD波前像差分析仪和Pentacam三维眼前节分析仪在测量角膜球差时的一致性，分析6 mm瞳孔直径下角膜球差频数分布情况，并探讨不同年龄段人群的角膜球差特征。

1 资料与方法

1.1 一般资料回顾性选取2017年1月至11月在我院入院做过OPD波前像差分析仪或Pentacam三维眼前节分析仪检查的20～89岁调查对象各350人，分别记作OPD组及Pentacam组。其中OPD组男140人(140眼)，女210人(210眼)，左眼161人，右眼189人，年龄(54.4±19.7)岁。Pentacam组男145人(145眼)，女205人(205眼)，左眼172人，右眼178人，年龄(54.5±19.8)岁。OPD组及Pentacam组均按照年龄再分为7亚组：20～29岁组、30～39岁组、40～49岁组、50～59岁组、60～69岁组、70～79岁组及80～89岁组，每组各50眼。入选标准：(1)年龄≥20～89岁；(2)角膜散光≤1.50 D；(3)无角膜接触镜配戴史；(4)睑裂暴露充分，泪膜正常，瞳孔活动正常。排除标准：(1)患有角膜疾病；(2)严重干眼症患者；(3)有角膜屈光手术史；(4)高度近视(≤-6.00 D)、远视(≥3.00 D)、角膜散光≥1.50 D；(5)患有严重全身系统性疾病及严重自身免疫性疾病。

1.2 方法

1.2.1 OPD波前像差分析仪检查方法在暗室条件下采用NIDEK公司的OPD波前像差分析仪测量被检者的角膜球差值，调整好桌面和下颌托的高度，嘱被检者取坐位将下颌置于仪器下颌托上，调整好头位，睁大双眼注视OPD波前像差分析仪中的固视目标。检查者操作OPD波前像差分析仪把手，使屏幕上的交叉点位于瞳孔中心并调整焦距，使显示幕上的Placido盘同心环影像清晰，再按压按钮确定图像。所有检查均由熟练操作该系统的同一位医师完成。记录瞳孔直径为3 mm、4 mm、5 mm、6 mm、7 mm、8 mm、9 mm时的角膜球差值，选取重复性好、泪膜完整的3次检查结果取平均值录入该研究。因散瞳对人眼像差存在一定影响，故本次试验均在自然瞳孔状态下测量。

1.2.2 Pentacam三维眼前节分析仪检查方法在暗室条件下采用Pentacam三维眼前节分析仪测量调查对象的术前角膜球差值，调整好桌面和下颌托的高度，嘱被检者取坐位将下颌置于仪器下颌托上，调整好头位，睁大双眼注视Pentacam三维眼前节分析仪旋转轴中心蓝色光带中的固视目标，适当眨眼，保持角膜湿润、清晰，减少泪膜不稳定所引起的误差，检查者使用操作杆按照屏幕指示的方向准确聚焦，完成测量。只接受成像质量显示为“OK”的检测结果。所有检查均由熟练操作该系统的同一位医师完成。记录瞳孔直径为3 mm、4 mm、5 mm、6 mm、7 mm、8 mm、9 mm时的角膜球差值，选取重复性好的3次检查结果取平均值录入该研究。

2 结果

2.1 不同瞳孔直径下两组被检者角膜球差值OPD组及Pentacam组被检者在不同瞳孔直径下的角膜球差值见表1。由数据可以看出，用OPD波前像差分析仪和Pentacam三维眼前节分析仪检测到的角膜球差值均随着瞳孔直径的增大而增高；瞳孔直径在3 mm、4 mm、5 mm、7 mm时，两组角膜球差相比差异均有统计学意义(均为P<0.05)。瞳孔直径为6 mm、8 mm、9 mm时，两组角膜球差相比差异均无统计学意义(均为P>0.05)。大瞳孔直径下，两种检查的一致性较好。

表1 不同瞳孔直径下两组被检者角膜球差值

组别角膜球差/μm3 mm4 mm5 mm6 mm7 mm 8 mm9 mmOPD组0.022±0.0180.059±0.0300.137±0.0430.271±0.0690.472±0.1430.748±0.2931.069±0.524Pentacam组0.014±0.0230.049±0.0510.140±0.0960.310±0.1580.547±0.2530.807±0.3891.026±0.610Z值 -6.374-3.868-2.685-0.971-4.135 -1.653-0.654P值 <0.001<0.0010.007 0.332<0.001 0.0980.513

2.2 6 mm瞳孔直径下角膜球差频数分布记录瞳孔直径为6 mm时OPD组和Pentacam组被检者的角膜球差值，绘制频数分布表，见表2。可以看出6 mm瞳孔直径时，OPD组和Pentacam组角膜球差分布于0.10～0.40 μm的比例分别为97.71%和66.28%，可见Pentacam三维眼前节分析仪测得的角膜球差范围更加广泛，分布较离散。

表2 6 mm瞳孔直径下两组角膜球差频数分布情况

组别角膜球差/μm0～0.10>0.10～0.15>0.15～0.20>0.20～0.25>0.25～0.30>0.30～0.35>0.35～0.40>0.40～0.45>0.45～0.50>0.50OPD组0.57%5.14%11.43%22.00%26.00%19.71%13.43%1.14%0.57%<0.10%Pentacam组7.43%6.86%10.57%15.71%14.00%10.00%9.14%7.43%6.29%12.57%

2.3 不同年龄段被检者角膜球差特征记录瞳孔直径为6 mm时OPD组和Pentacam组不同年龄被检者的角膜球差值，结果见表3。可以看出Pentacam三维眼前节分析仪测得的角膜球差随着年龄的增长而增大，而OPD波前像差分析仪测得的角膜球差与年龄无明显关系。

表3 6 mm瞳孔直径下不同年龄人群角膜球差

组别角膜球差/μm20～29岁30～39岁40～49岁50～59岁60～69岁70～79岁80～89岁OPD组0.281±0.0730.260±0.0870.256±0.0670.280±0.0700.279±0.0650.273±0.0590.270±0.062Pentacam组0.205±0.1090.205±0.1110.216±0.1020.325±0.1130.327±0.1040.438±0.1510.453±0.165

3 讨论

点光源发出光波，光波以发散的球面波前的形式从光源向外传播，经过理想透镜后，又以汇聚的球面波前的形式汇集于一点，即波前像点。若透镜是非理想透镜，光线则不能汇聚到一点，与其相垂直的波前也不是球面波前，而是形成畸变波前，这种实际球面波与理想球面之间的偏差就形成了波前像差。对于正常眼来说，波前像差的来源主要有：(1)角膜与晶状体表面不理想，其表面曲率有局部偏差，这会使得角膜及晶状体的中央与边缘屈光力不同，从而产生像差；(2)角膜、晶状体以及玻璃体不在同一轴上；(3)角膜、晶状体及玻璃体的内含物质不均匀，使折射产生偏差。

人眼并不是完美的光学系统，会产生离焦和散光等低阶像差，以及彗差、球差等高阶像差。球差是指由光轴上某一物点向透镜发出单一波长的光束，成像时由于透镜球面上各点的屈光能力不同，使得光束不能汇聚到同一点，而是形成一个以光轴为中心的对称弥散斑。球差位于视轴，主要包括角膜球差和晶状体的球差，是对视觉质量影响最大的高阶像差。

随着白内障手术技术的发展，人工晶状体越来越多样化，其不同的功能也满足着不同人个性化的需求。其中非球面人工晶状体因其可以降低球差，使患者获得更好的术后视觉质量而被人们广泛接受。目前临床上常用的非球面人工晶状体包括 Tecnis ZCB00(球差-0.27 μm)、Acrysof IQ(球差 -0.20 μm)和 ASPHINA509M(球差-0.18 μm)。以上非球面人工晶状体虽球差值不同，但均使白内障患者术后眼的球差尽量接近0～0.1 μm，以便达到最理想的视觉质量[2]。由此可见，准确测量并分析人眼的角膜球差对于人眼像差的校正、指导非球面人工晶状体的选择、正确引导手术以及术后获得满意的视觉效果有重要意义。

OPD波前像差分析仪是基于Scheiner原理设计的一种主观像差分析仪，通过扫描视网膜上网格状图案中发射的测量光线并根据视网膜反射光到达接收系统的实际时间与理论时间的偏差来计算波前像差值。它可以同时获取波前像差和角膜地形图，依据角膜地形图计算出角膜球差值。它利用Placido盘投射系统将25～33个圆环投射到角膜上，最多可提供11 880个点的数据，并将Placido盘测量的角膜曲率转化成角膜高度数据，但泪膜的完整性对其影响巨大。Pentacam三维眼前节分析仪是一种应用Scheimpflug摄像机对前房进行立体扫描，并量化包括晶状体在内的所有前房数据的眼前节测量分析仪。它是以蓝色二极管激光为光源，2 s内完成25次旋转扫描，测量和分析25 000～138 000个角膜数据点，以获得眼前节的三维立体图像，通过计算高度差，再进行Zernike多项式计算从而得到角膜前后表面的波前像差[3]。

本研究中，3 mm、4 mm、5 mm、7 mm瞳孔直径下使用两种仪器测量的角膜球差值差异均有统计学意义，可能与以下因素有关：第一，基于Placido系统的OPD波前像差分析仪其摄像机在中心，因此中心点的反光最弱。如果角膜不规则或为圆锥角膜，Placido环因在角膜高度变形的区域重叠导致测量数值可能受到影响。而Pentacam三维眼前节分析仪的测量方式为旋转测量，在角膜的中心可以获得较多的测量点，使角膜中心的测量数据结果更加准确[4]。因此，Pentacam三维眼前节分析仪测量的小瞳孔下的角膜球差值较OPD波前像差分析仪更具有参考性。第二，Pentacam三维眼前节分析仪测量的角膜数据点数量更为庞大，对于复杂角膜的测量Pentacam三维眼前节分析仪更为准确。第三，Pentacam三维眼前节分析仪计算高度数据与测量方向及参考点的轴位无关，而且每一高度数值只能计算出唯一的波前像差，而OPD波前像差分析仪使用的Placido系统是以测得的角膜曲率作为依据，同一位点角膜曲率可能由于测量方向和参考点的轴位不同而变化，进而导致曲率不唯一，那么计算出的高度和波前像差也就不唯一。故Pentacam三维眼前节分析仪比基于Placido盘的OPD波前像差分析仪能够更好地体现角膜的真实形态。但是Pentacam三维眼前节分析仪是三维旋转拍照，断层形态学推断得到的前后表面的曲率数值会影响其结果的一致性，且其较长的测量时间是否影响测量也有待进一步考察。

本研究用OPD波前像差分析仪检测6 mm瞳孔直径下角膜球差为(0.271±0.069) μm，这与我国文献报道角膜球差(0.266±0.010)μm相似[5]，也与国外以往的研究结果相一致[6-7]。与Al-Sayyari等[8]报道相似的是，本研究得到的角膜球差标准差较大，我们用OPD波前像差分析仪和Pentacam三维眼前节分析仪测得6 mm瞳孔直径下的标准差分别波动于各自均值的±25%、±51%，这说明角膜球差在人群中的波动范围较大，所以手术时必须个体化地评估。

万修华等[9]对21位正常眼与21位模拟眼用哈特曼波前传感器测量波前像差与本研究得到的结论相似，认为人眼角膜球差具有明显的瞳孔依赖性并随瞳孔直径增大而增高。Zhu等[10]用Pentacam三维眼前节分析仪检测6 mm瞳孔直径下老年性白内障患者的角膜球差466眼，50～60岁年龄组角膜球差为(0.322±0.137)μm，61～70岁年龄组为(0.326±0.157)μm，71～80岁年龄组为(0.401±0.182)μm，并认为年龄与角膜球差呈正相关。此结果与本研究用Pentacam三维眼前节分析仪的测量结果较为接近，而与OPD波前像差分析仪的检测结果相距甚远，可能是由于OPD波前像差分析仪摄像时采取的是空气-泪膜地形图，泪膜的完整性是保证测量结果准确的必要条件。泪液过多会堆积在角膜下方，角膜地形图上则会表现为下方角膜局部变陡；角膜表面干燥、泪膜不完整时，角膜地形图上则会表现为局部扁平。而随着年龄的增长，泪液的容积显著下降，可引起测量准确性显著降低。正常的泪膜破裂时间为15～45 s，有报道称，对角膜波前像差影响最小的泪膜是眨眼后的6～8 s，小于6 s及大于8 s波前像差均增大[11]。此外，老年人大多上睑松弛，检查时多需用手牵拉提上眼睑，此时常易压迫眼球或过度牵拉眼球，亦将造成角膜地形图形态的改变。

综上所述，准确测量、分析人眼的角膜球差能够为个性化选择非球面人工晶状体提供重要指导意见。目前，针对不同角膜球差的患者个性化地设计非球面人工晶状体仍有待进一步研究。