体位变化下瞳孔中心移位和眼球旋转对角膜屈光手术的影响

朱青 综述 王雁 审校

天津医科大学眼科临床学院 天津市眼科医院 天津市眼科学与视觉科学重点实验室 300020

角膜屈光手术是目前矫正屈光不正的主要手段之一。尽管标准的角膜屈光手术可以消除传统的屈光误差，明显提高视力，但是术后高阶像差的引入以及部分患者散光的欠矫等仍会让部分患者出现视物模糊、眩光、光晕等不适症状[1]。体位变化引起的瞳孔中心移位和眼球旋转可能导致术中偏中心切削，可能是影响视觉质量的重要因素之一[2-4]。既往研究显示，瞳孔中心和角膜顶点都可以作为切削中心。目前，许多角膜屈光手术主要是以瞳孔中心作为检查及治疗的对准中心，原因在于可视的瞳孔结构相较于不可见的视轴点而言更容易追踪，而体位改变引起的眼球旋转和瞳孔中心移位会影响瞳孔中心定位的准确性[5-8]。因此，探讨体位变化引起的瞳孔中心移位和眼球旋转，可以指导手术的设计，加强瞳孔中心定位的准确性，提高手术的安全性和术后视觉质量。本文就瞳孔中心移位和眼球旋转的测量方法、虹膜识别技术测量体位变化下瞳孔中心移位和眼球旋转情况与体位变化引起的瞳孔中心移位和眼球旋转对屈光手术后视觉质量的影响3个方面进行综述。

1 眼球旋转和瞳孔中心移位的测量方法

1.1 眼球旋转的测量方法

目前有多种方法可以进行眼球旋转的测量，包括双马氏杆试验(double Maddox，DMRT)、Jackson交叉柱镜、同视机、直接检眼镜或者裂隙灯前置镜、光相干断层扫描、眼底照相、手动角膜标记法、手持角膜散光计、三维红外线视频分析仪(three dimensional infrared video-oculography，3D-VOG)等[9-12]。

1.1.1DMRT DMRT是用来测量旋转斜视的方法[13]。患者取坐位并保持头部处于正位，将手电筒放置于前方50 cm处，将1根红色的马氏杆放在患者的一侧眼前，将白色马氏杆放于另一侧眼前，调整双马氏杆垂直，当患者注视电光源时，出现白色和红色2条平行线，调整马氏杆的位置直到患者可以看到2条平行线；当出现1条线或者2条线倾斜说明可能存在眼球旋转。平卧后重复此操作。有学者使用此方法检查坐位和平卧位下眼球旋转情况。Smith等[14]研究发现体位改变后，眼球旋转度数未见显著差异，旋转度数为-2°～4°，平均旋转(0.2±1.2)°。

1.1.2Jackson交叉柱镜试验 Jackson交叉柱镜是由2个屈光力相等而符号相反的柱镜相互垂直形成的，红点表示正柱镜度数，白点表示负柱镜度数。将交叉柱镜放在试验柱镜之前(试验柱镜指初步验光时散光度数)，使其手柄与试验柱镜的轴位重合，交叉柱镜的负轴或正轴正好与试验柱镜轴成45°，检查者比较哪面视标更清楚，直到2面一样清楚或模糊为止。Smith等[15]采用此方法研究发现，体位改变下，眼球旋转0°～7°，平均旋转2.3°，证实体位变化后未引入显著的眼球旋转。

1.1.3手动角膜缘标记法 患者坐于裂隙灯显微镜前，双眼向前等高平视，将裂隙灯显微镜的裂隙光旋转到水平位置，使用无菌标记笔在角膜缘3:00和9:00位标记2点后患者取平卧位，通过调整头位使角膜缘标记线与激光投影水平线相一致。Chen等[16]对接受传统表层角膜切削术的100例患者研究发现，角膜缘标记组平均眼球旋转度数为(1.82±1.31)°，在激光切削前，标记组相较于未标记组可以显著减少旋转误差。Shen等[17]采用相同方法对比虹膜追踪系统对于准分子激光角膜原位磨镶术(laser in situ keratomileusis，LASIK)矫正近视散光的手术效果，尽管此研究未测量眼球旋转情况，但结果显示此技术可以提高散光矫正的效果。

1.1.4手持角膜散光计 患者取坐位，双眼注视2 m外的视标，采用手持角膜散光计测量单眼散光值，保持头位固定，平卧位下重复此操作。Tjon-Fo-Sang等[18]使用手持角膜散光计测量体位改变后单眼和双眼注视下散光轴位，结果发现在双眼注视下，未发现显著的眼球旋转。在单眼注视下，1例患者发现眼球外旋转，1例患者发现眼球内旋转。所以，低于正常的双眼视、不稳定固视、视敏度降低或者非中心固视的患者，可能导致更大的旋转。同时指出，需要更多的深入研究提供支持。但是，在角膜屈光手术中，单眼注视下显著的眼球旋转患者应谨慎对待，例如斜视、微斜视或者其他原因导致的非稳定性斜视患者。

1.1.53D-VOG 3D-VOG是一种用于客观评价前庭眼反射的眼球运动测量方法，也可精确评估瞳孔中心和眼球旋转位置。患者戴有像潜水员面具一样的设备，该设备由装有2个高分辨率摄像机和3个红外LED光源的护目镜和带有特殊设计的视频卡组成，对眼球的位置进行三维分析。Becker等[19]采用3D-VOG研究发现体位变化对于眼球旋转不存在显著影响。在坐位、仰卧位双眼都处于睁开状态下，双眼显示为大约0.11°的内旋转。Laria等[20]采用3D-VOG分析了1例代偿良好的垂直分离性斜视患者在诱导单、双眼注视丧失后每只眼的水平、垂直和旋转运动，不仅观察到水平和垂直变化，甚至观察到超过15°的旋转变化。所以，对于高度散光的患者，需排除可能潜在的斜视。

1.2 瞳孔中心移位测量方法

既往对于瞳孔中心移位的研究多采用瞳孔仪进行测量[21]，主要研究不同光照下瞳孔中心的移位情况。体位变化下，瞳孔中心移位多采用虹膜识别技术进行测量[2,7-8]。

2 虹膜识别技术测量体位变化下瞳孔中心移位和眼球旋转情况

虹膜是由眼中瞳孔和巩膜之间的网状物构成的纹理复杂的环状组织结构，这种结构如同指纹一样具有唯一性和特征性。虹膜识别技术的原理是在暗室内通过使用WaveScan波前像差仪进行坐位虹膜识别和波前像差测量。手术时，术者通过选择虹膜识别功能对患者虹膜进行再次照相和图像数据处理，得到瞳孔直径变化参数及体位改变后瞳孔中心位移值和眼球旋转角度，激光器内扫描电子显微镜改变相应的角度再进行激光切削，从而确保切削结果的准确性[5,10]。不仅能够消除因瞳孔中心移位所导致的部分高阶像差增大的可能，而且可以实现个体化切削的优势。

2.1 虹膜识别技术测量体位变化下瞳孔中心移位情况

既往研究多认为，在坐位变为平卧位时，双眼瞳孔中心均向鼻上方移位明显[2,22-25]。然而，高海英等[26]研究发现，双眼瞳孔中心均以向鼻下方移位为主，认为可能的原因为术前波前像差检查是在暗室情况下进行，术中比术前检查时的光线强，瞳孔缩小后，光学中心向鼻侧偏移，更接近视轴；王卫群等[27]研究发现，双眼瞳孔中心以向颞上方移位为主。以上研究表明，随着体位变化，瞳孔中心有向各个方向移动的可能性。同时，不同研究者对于瞳孔中心移位的测量大小略有不同[2,28]，分析可能主要与实验环境、实验设备等不同有关。赵小虎等[29]观察72例行波前像差引导的LASIK手术的患者发现，平均位移距离右眼为(0.39±0.12)mm，左眼为(0.38±0.13)mm，双眼瞳孔中心位移距离差异无统计学意义，结果与Park等[30]的研究结果类似。Park等[30]研究还发现，瞳孔中心移位范围为0.03～0.71 mm，具有较大的个体差异性。矫正具有较大瞳孔中心移位的个体对于其术后视觉质量的影响具有重要意义。

2.2 虹膜识别技术测量体位变化下的眼球旋转情况

既往大量研究发现，体位改变下会发生眼球的旋转[2,31-33]。但是，眼球旋转度数大小存在不同的争议。Narvez等[34]对采用虹膜追踪技术行角膜屈光手术的患者研究发现，LASIK眼术中平均眼球旋转度数为(1.48±1.11)°，准分子激光角膜切削术(photorefractive keratectomy，PRK)眼为(2.02±2.63)°。牛晓光等[35]对采用相同技术行LASIK手术的患者762例1 524眼的眼球旋转度数研究发现，眼球旋转0°～9.7°，平均旋转(3.08±2.22)°，与王卫群等[36]和Neuhann等[37]的研究结果类似，眼球平均旋转度数分别为(3.81±2.75)°和(2.74±2.30)°。尽管一些研究发现大多数眼球旋转度数小于2°[7,14，34]。但是，另有一些研究报道，体位改变后眼球可旋转2°～7°[5,10,38]；甚至，Swami等[39]研究发现，在LASIK手术中，共有8%(20/250)的术眼眼球旋转度数大于10°。同时，有研究发现，静态眼球旋转度数比动态眼球旋转度数大[40-42]，但是动态眼球旋转也同样重要。Shayegan等[43]观察行PRK手术的患者发现，动态眼球旋转较静态眼球旋转更常见；女性较男性平均动态眼球旋转度数大，差异有统计学意义，可能与女性有更大的压力、焦虑感及眼外肌较无力有关。而Febbraro等[44]观察行波前像差引导的LASIK手术患者发现，眼球旋转主要以静态眼球旋转为主，但是在切削过程中有显著波动。

眼球旋转是自动的，体位变化后眼球旋转方向也会发生变化。既往研究多认为，患者由坐位变为卧位时，2眼均以外旋为主[14,32,35,45-47]。而赵小虎等[29]研究发现右眼以内旋为主，左眼以外旋为主；顾国贞等[23]研究报道双眼以内旋为主；Zhao等[48]用图像导航技术采集坐位和平卧位下的图像，对比记录眼球旋转度数，研究发现右眼以外旋为主，左眼以内旋为主。不同研究结果差异较大，可能与研究中使用的设备、实验环境、使用方法、计算和追踪原理等不同有关。术中由于光照强度的变化导致瞳孔直径缩小伴有中心位移，也意味着眼球旋转可能并不是真正的眼球旋转；同时术中无法实现实时定位跟踪，其结果的准确性需要进一步改进和更新。

Kim等[45]观察70例140眼行LASIK手术的近视散光患者，制瓣后将患者分为与制瓣前旋转方向相同组和相反组，结果发现，在旋转方向相同组，61眼旋转度数增加，46眼旋转度数降低，分别占43.6%和32.9%；27眼掀瓣后旋转方向与掀瓣前不同，占19.3%。因为制瓣过程也会影响眼球旋转的度数和角度，所以要求制瓣后再次评估对位情况，以获得LASIK手术后更好的视觉效果。

因此，在激光切削时，不同个体的瞳孔中心移位和眼球旋转度数是不同的，而且瞳孔中心位移的方向和眼球旋转的方向在激光切削时也会发生变化，发展监测系统来进行眼球旋转误差的监测，将更大可能矫正误差。

3 体位变化引起的瞳孔中心移位和眼球旋转对屈光手术后视觉质量的影响

既往研究发现，由于体位变化会造成患者眼球发生旋转和瞳孔中心移位，如果不加以调整、补偿，会发生偏心切削，影响术后视觉质量，主要是高阶像差的增加及残留散光问题[2-4]。Mrochen等[7]研究发现，微量的偏心切削(<1.0 mm)是不可避免的，虽然中心视力的提升不受影响，但彗差和球差等高阶像差会显著增大。同时，研究发现小于0.5 mm的偏中心切削对常规LASIK术后屈光度的矫正等影响较小，而0.3 mm以上的偏中心切削对于波前像差引导的LASIK手术则会显著降低高阶像差的矫正效果。因此，临床上对于可能会发生明显眼球旋转和瞳孔中心移位的患者有针对性地进行角膜屈光手术对临床具有实际重要意义。

3.1 瞳孔中心移位、眼球旋转与术后散光的关系

在屈光手术中，精确的眼球定位对于保证术后效果是至关重要的，其中即包括散光轴位的定位。屈光手术散光矫正绝大多数的误差是由于散光轴的误差[49]，散光轴的对位不准可能导致准分子激光手术后的残余散光[7,41,49]。由于体位改变会造成患者瞳孔中心移位，尤其是对散光轴的切削会出现偏差，诱发新的散光发生。Tantayakom等[3]验证了虹膜识别技术对于矫正散光的优越性。通过虹膜识别技术进行眼球旋转追踪，术中可以最大程度地避免切削位置的偏差，从而可以较好地矫正散光。

在屈光手术前，散光轴位是在坐位情况下测量的，散光矫正过程是在仰卧位进行的。体位改变引起的眼球旋转运动可能会发生散光轴的定位偏移。既往研究发现，术后残余散光与眼球旋转度数有关[2,8,41,49]。对于散光较大的患者，眼球旋转会导致散光轴向的变化，产生新的散光，原有散光的矫正效果也会产生一定的影响。当眼球旋转度数超过2°而未予矫正时，散光矫正可能会受影响[14,30,50]。理论上，残余散光=2F×sinα，F代表原始散光值，α代表散光轴旋转偏转度数[49]。根据此公式，4°、6°和10°可分别导致14%、20%和35%的散光欠矫。相似结论出现在Swami等[39]的研究中，其发现4°的眼球旋转会导致14%散光度数矫正不足。另一研究发现，超过4°的旋转可能导致部分散光无法精确矫正[14]，散光度数的欠矫比散光轴改变引入的残余散光更能耐受。而Tomita等[51]的研究中纳入行LASIK手术的散光度数≥2 D的患者，结果发现与行静态眼球旋转补偿的对照组相比，行动态眼球旋转补偿加静态眼球旋转补偿的试验组术后散光矫正效果更佳。Aslanides等[52]的研究中纳入行LASIK手术的散光度数≥1 D的患者，结果发现与非静态眼球旋转补偿的对照组相比，行静态眼球旋转补偿的试验组可以显著改善屈光和散光矫正结果。所以，在角膜屈光手术中，由于眼球旋转导致的非精准切削可以引起屈光欠矫，甚至引入新的散光或者高阶像差，导致术后视觉质量下降。提示我们进行屈光手术时，应根据眼球旋转方向和旋转度数调整激光切削面，以消除眼球旋转产生的切削误差。

3.2 瞳孔中心移位、眼球旋转与术后像差的关系

Wang等[8]研究发现，相较于眼球旋转对于术后波前像差的影响，瞳孔中心移位可以产生残余4.9倍的总波前像差、2.8倍的低阶像差和8.7倍的高阶像差，说明瞳孔中心移位引入的像差主要以高阶像差为主，其中三阶和五阶彗差是最大的残余像差，其原因可能为瞳孔中心移位产生的像差在Zernike树的中央。因此，减少瞳孔中心移位的影响可以大大减少高阶像差对术后视觉质量的影响。

从术前坐位到术中仰卧位，体位的改变会引起眼球的旋转，尽管较小度数的眼球旋转可能不会明显影响术后效果，但是Tantayakom等[3]研究波前像差引导的有虹膜识别技术和无虹膜识别技术的LASIK手术术后视觉质量时发现，较小度数的眼球旋转可能是影响二者术后良好安全性和可预测性的原因。而研究发现，超过2°的旋转会诱发明显的术后像差[14,32,53]。Wang等[8]研究发现，随着眼球旋转度数的增加，总的波前像差显著增加(r=0.555，P<0.01)，而高阶像差未见明显变化(r=0.165，P=0.216)，说明由眼球旋转引入的像差主要是低阶像差，特别是二阶散光，是引入的最大残余散光。因此，矫正眼球旋转的影响可以减少低阶像差对于视觉质量的影响。而Arba-Mosquera等[54]采用SCHWIND AMARIS(阿玛氏准分子激光系统)进行动态和静态眼球旋转补偿，结果发现术后彗差、三叶草、球差均较术前减小。

3.3 瞳孔中心移位、眼球旋转与调制传递函数的关系

调制传递函数(modulation transfer function，MTF)是用来评价视觉质量的一种方法。Wang等[8]研究发现，瞳孔中心移位影响MTF值，与准确定位下的MTF相比，在空间频率为10～30 cpd时，瞳孔中心移位使MTF值下降了35%～45%，所以瞳孔中心移位可以通过影响MTF值降低视觉质量。

既往眼球旋转对于MTF影响的研究较少。Wang等[8]研究发现，与精确对位下的MTF相比，眼球旋转可以降低MTF值，在空间频率30 cpd范围内，平均下降0.04～0.08；瞳孔中心移位使MTF降低了31%～66%，表明眼球旋转导致的MTF下降较轻微，对MTF的影响较小。

综上所述，在角膜屈光手术中，由于体位改变、光照的不同、调节等引起的瞳孔中心移位和眼球旋转，可能引起偏中心切削，导致术后高阶像差、术源性散光的产生，是下一步屈光手术待解决的问题之一。虽然虹膜识别技术发挥着重要的作用，但是还无法实现术中实时追踪，不能常规应用于所有患者，术后伤口的愈合反应、角膜生物力学、患者的注视性质、仪器等都会影响手术效果。由于测量的不确定性和眼球的不可控性及目前对视觉质量的认识，甚至大脑的补偿及适应调节等，视觉质量的真正影响仍不完全清楚，需要进一步研究。相信随着设备的不断更新和对此方面认识的不断深入，眼球旋转和瞳孔中心移位的测量将更加准确，可以更好地指导临床。

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