SMILE与FS-LASIK术后调制传递函数在不同空间频率的变化

崔彤 王雁 张琳 程文博 赵伟

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

飞秒激光小切口角膜基质透镜取出术(small-incision lenticule extraction，SMILE)是应用飞秒激光在角膜基质内进行透镜状切割，再从2～5 mm的小切口将透镜取出以矫正屈光不正的手术方法，该术式的安全性、有效性、稳定性，以及可预测性已逐渐得到认可[1-4]。SMILE可以更好地维持角膜原有的生物力学结构和表面形态，对神经损伤更小[5-9]。然而，在提高患者裸眼视力的同时，提高患者的视觉质量成为了SMILE手术的主要目标。目前临床上评价视觉质量的主要指标是视力和对比敏感度函数，然而这2项指标的测量都需要受检者的主观参与，不能相对客观地反映人眼的视觉质量。研究表明，调制传递函数(modulation transfer function，MTF)可以从不同空间频率客观地描述视觉质量的光学变化[10]。以往研究多集中于对SMILE术后角膜MTF的分析，而对术后全眼的MTF研究鲜有报道。本研究拟对SMILE及飞秒激光辅助准分子激光角膜原位磨镶术(femtosecond laser-assisted laser in situ keratomileusis，FS-LASIK)手术前后的MTF在不同空间频率下的改变进行探讨，以期为屈光手术后视觉质量的变化研究提供参考依据。

1 资料与方法

1.1 一般资料

采用队列研究设计，选取2015年12月至2016年6月在天津市眼科医院屈光手术中心行SMILE和同期接受FS-LASIK的近视患者102例102眼，其中男54例54眼，女48例48眼；年龄18～39岁；均取右眼进行分析。纳入标准：(1)年龄18～45岁；(2)角膜透明且形态正常；(3)屈光度数≥-0.50 D，且屈光度数稳定；(4)软性角膜接触镜停戴2周以上，硬性角膜接触镜停戴1个月以上。排除标准：(1)患有眼科其他疾病，如角膜炎症活动期、圆锥角膜、青光眼、白内障，或存在眼底疾病者；(2)有眼部手术史、外伤史者；(3)患有全身结缔组织疾病或自身免疫性疾病者。SMILE组53例53眼，其中男28例28眼，女25例25眼；年龄18～39岁，平均(25.06±5.59)岁；术前球镜度为-1.75～-7.75 D，平均(-5.09±1.60)D；柱镜度为0.00～-2.75 D，平均(-0.73±0.73)D；最佳矫正视力(best corrected visual acuity，BCVA)≥0.8。FS-LASIK组49例49眼，其中男26例26眼，女23例23眼；年龄20～39岁，平均(24.07±5.47)岁；球镜度为-1.75～-8.50 D，平均(-5.36±1.12)D；柱镜度为0.00～-2.50 D，平均(-0.64±0.75)D；BCVA≥0.8。2个组患者术前年龄、球镜度数、柱镜度数、中央角膜厚度(central corneal thickness，CCT)、平均角膜曲率(mean keratometry，Km)比较差异均无统计学意义(均P>0.05)(表1)。本研究遵循《赫尔辛基宣言》，经天津市眼科医院伦理委员会批准(批文号：TJYYLL-2014-17)，所有研究对象均对本研究知情并自愿签署知情同意书。

1.2 方法

1.2.1术前检查 所有患者均进行常规屈光手术术前检查，采用国际标准视力表记录裸眼视力及BCVA，行主观验光及AT-2C型全自动电脑验光仪(日本Canon公司)客观验光；采用TF-X型非接触眼压计(日本Canon公司)测量眼压；采用Pentacam角膜地形图仪(德国Oculus公司)检测角膜形态特征等；采用WaveScan像差仪(美国Visx公司)检查像差，在暗室中瞳孔自然放大的状态下进行波阵面像差测量，每眼测量3～5次。选取图像标准：(1)虹膜纹理清晰；(2)屈光度与显然验光接近；(3)重复性较好；(4)瞳孔直径6 mm以上；(5)质量控制合格。

1.2.2手术方法 所有手术均由同一位经验丰富的术者完成。术前术眼进行结膜囊冲洗及眼周皮肤消毒，采用质量分数0.4%盐酸奥布卡因滴眼液(日本Santen公司)进行表面麻醉。SMILE组应用VisuMax飞秒激光系统(德国Carl Zeiss公司)制作角膜帽和基质透镜，激光脉冲为500 kHz，能量为125 nJ，光斑大小为1.5 μm，扫描点间距为3.0 μm。角膜帽直径为6.0～6.2 mm，基底加厚10 μm，散光过渡带为0.1 mm，切口位于角膜上方，宽度为2～5 mm。激光扫描结束后，分离透镜并取出。FS-LASIK组应用VisuMax飞秒激光系统制作角膜瓣，激光脉冲为500 kHz，能量为125 nJ，扫描点间距为3.0 μm，光斑大小为1.5 μm，瓣直径为8.00 mm，蒂置于鼻侧，蒂宽度为3.05 mm，侧切角为90°；预设瓣厚度为110 μm。激光扫描结束后，掀开角膜瓣，采用准分子激光对角膜基质进行切削，平均光学直径为6.2 mm，角膜瓣下冲洗并复位。

1.2.3术后处理及随访 术后均采用质量分数0.3%氧氟沙星滴眼液点眼3 d，4次/d，质量分数0.1%氟米龙滴眼液点眼，4次/d，每2周递减1次，2个月后停药。分别于术后1、3和6个月检查术眼裸眼视力和BCVA，行电脑验光、显然验光、非接触眼压测量、裂隙灯显微镜检查、角膜地形图检查和波前像差检查。

1.2.4数据处理及计算方法 应用Matlab编程软件将测量的波阵面像差统一转换为直径6 mm瞳孔下像差，取重复性好的3次结果的平均值作为所测眼波阵面像差的准确值，用Zernike多项式表示。由波阵面像差函数W(x，y)计算光瞳函数P(x，y)，进一步可计算得到光学传递函数(optical transfer function，OTF)。OTF的振幅部分即为MTF。计算获得连续的0～143 c/d的MTF值，选取0～60 c/d范围内的MTF值进行比较。应用Matlab编程软件计算术后6个月分别去除2个组低阶像差以及术后6个月SMILE组分别去除Zernike项高阶像差中垂直彗差(C3-1)、水平彗差(C31)和球差(C40)后的MTF值。

1.3 统计学方法

采用SPSS 20.0统计学软件进行统计分析。计量资料数据经Shapiro-Wilk检验证实呈正态分布，以mean±SD表示。2个组术前年龄、球镜度数、柱镜度数、CCT、Km的比较和术后6个月MTF值以及去除低阶相差后MTF值差异的比较采用独立样本t检验；各空间频率下2个组手术前后不同时间点MTF值差异的总体比较采用重复测量单因素方差分析，多重比较采用Dunnett-t检验；2个组术后6个月分别去除C3-1、C31和C40后MTF值的差异比较采用配对t检验。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 2个组术后一般情况

2个组术后6个月术眼裸眼视力均≥1.0，且均达到术前BCVA，无角膜上皮下雾状混浊等并发症。

2.2 2个组手术前后不同时间点MTF值的变化

术后1、3、6个月各空间频率下SMILE组和FS-LASIK组6 mm瞳孔直径MTF值均较术前明显增加，差异均有统计学意义(均P<0.05)。FS-LASIK组术后MTF值随时间延长逐渐降低(表2，3)。

2.3 2个组术后MTF值变化的比较

SMILE组术后1、3、6个月各空间频率下MTF值均高于FS-LASIK组(图1)；术后1个月和3个月2个组各空间频率下MTF值比较差异均无统计学意义(均P>0.05)；术后6个月，除55 c/d和60 c/d空间频率外，其余空间频率下SMILE组MTF值明显高于FS-LASIK组，差异均有统计学意义(均P<0.05)(表4)。术后6个月去除低阶像差后，SMILE组各空间频率下MTF值明显高于FS-LASIK组，差异均有统计学意义(均P<0.05)(图2，表4)。

图1 SMILE组与FS-LASIK组术后MTF随空间频率变化的比较(SMILE组，n=53；FS-LASIK组，n=49) 术后1、3、6个月SMILE组MTF曲线下面积均大于FS-LASIK组 A：术后1个月 B：术后3个月 C：术后6个月 SMILE：飞秒激光小切口角膜基质透镜取出术；FS-LASIK：飞秒激光辅助准分子激光角膜原位磨镶术；MTF：调制传递函数

图2 SMILE组与FS-LASIK组术后去除低阶像差后MTF随空间频率变化的比较(SMILE组，n=53；FS-LASIK组，n=49) 术后1、3、6个月SMILE组MTF曲线下面积均明显大于FS-LASIK组 A：术后1个月 B：术后3个月 C：术后6个月 MTF：调制传递函数；SMILE：飞秒激光小切口角膜基质透镜取出术；FS-LASIK：飞秒激光辅助准分子激光角膜原位磨镶术

2.4 术后6个月SMILE组去除球差、彗差后各空间频率下MTF值变化的比较

术后6个月SMILE组去除C40和C31后，1 c/d空间频率下MTF值较去除前升高，差异均有统计学意义(均P<0.01)；去除C3-1后，1 c/d和3 c/d空间频率下MTF值较去除前升高，差异均有统计学意义(均P<0.05)。其余空间频率下去除单项高阶像差后MTF值与去除前比较差异均无统计学意义(均P>0.05)(表5)。

表2 SMILE组不同空间频率下手术前后不同时间点MTF值变化比较(mean±SD)Table 2 Comparison of the MTF values at different spatial frequencies among different time points in the SMILE group (mean±SD)空间频率(c/d)眼数手术前后不同时间点MTF值术前术后1个月术后3个月术后6个月F值P值1530.073±0.0980.782±0.134a0.721±0.165ab0.731±0.164ab651.208<0.013530.030±0.0350.544±0.197a0.474±0.228ab0.482±0.235ab194.649<0.015530.012±0.0280.342±0.175a0.319±0.185a0.320±0.202a187.178<0.0110530.006±0.0150.215±0.132a0.192±0.139a0.196±0.149a 59.787<0.0115530.004±0.0090.127±0.096a0.118±0.094a0.126±0.106a 40.179<0.0120530.002±0.0050.098±0.075a0.086±0.075a0.095±0.084a 32.735<0.0125530.002±0.0020.068±0.057a0.065±0.058a0.069±0.069a 26.811<0.0130530.002±0.0020.049±0.042a0.052±0.049a0.055±0.059a 22.003<0.0135530.004±0.0090.040±0.036a0.043±0.043a0.046±0.055a 16.570<0.0140530.009±0.0160.033±0.031a0.034±0.035a0.039±0.049a9.419<0.0145530.016±0.0350.027±0.026a0.027±0.030a0.033±0.045a2.5220.06050530.017±0.0340.023±0.024a0.024±0.028a0.030±0.042a1.6350.18455530.010±0.0160.019±0.023a0.020±0.028a0.025±0.038a3.1220.02860530.015±0.0270.017±0.023a0.019±0.027a0.021±0.035a0.6940.557 注:与各自术前MTF值比较,aP<0.05;与术后1个月MTF值比较,bP<0.05(重复测量单因素方差分析,Dunnett-t检验) SMILE:飞秒激光小切口角膜基质透镜取出术;MTF:调制传递函数 Note:Compared with the respective preoperative MTF values,aP<0.05;compared with the respective postoperative 1-month MTF values,bP<0.05(Repeated measurement one-way ANOVA,Dunnett-t test) SMILE:small-incision lenticule extraction;MTF:modulation transfer function

表3 FS-LASIK组不同空间频率下手术前后不同时间点MTF值变化比较(mean±SD)Table 3 Comparison of the MTF values at different spatial frequencies among different time points in the FS-LASIK group (mean±SD)空间频率(c/d)眼数手术前后不同时间点MTF值术前术后1个月术后3个月术后6个月F值P值1490.078±0.0940.728±0.181a0.654±0.143ab0.605±0.196ab285.721<0.013490.034±0.0520.523±0.179a0.432±0.180ab0.359±0.203ab104.939<0.015490.012±0.0190.323±0.142a0.242±0.114ab0.207±0.130abc 69.144<0.0110490.005±0.0070.172±0.103a0.132±0.092a0.116±0.090abc 39.833<0.0115490.003±0.0040.112±0.065a0.101±0.072a0.074±0.058ac 29.443<0.0120490.002±0.0030.073±0.050a0.063±0.039a0.053±0.044a 27.135<0.0125490.002±0.0030.058±0.048a0.056±0.047a0.040±0.038a 22.957<0.0130490.003±0.0060.054±0.029a0.052±0.036a0.031±0.028a 21.983<0.0135490.006±0.0090.043±0.027a0.041±0.034a0.024±0.026a 16.248<0.0140490.019±0.0110.034±0.028a0.032±0.026a0.020±0.021a 10.690<0.0145490.017±0.0250.030±0.028a0.026±0.027a0.015±0.017a1.7460.16250490.016±0.0310.027±0.027a0.021±0.015a0.013±0.016a2.6720.05155490.016±0.0250.024±0.023a0.016±0.019a0.013±0.018a0.5610.64260490.015±0.0180.021±0.020a0.014±0.016a0.012±0.017a1.1480.333 注:与各自术前MTF值比较,aP<0.05;与术后1个月MTF值比较,bP<0.05;与术后3个月MTF值比较,cP<0.05(重复测量单因素方差分析,Dun-nett-t检验) FS-LASIK:飞秒激光辅助准分子激光角膜原位磨镶术;MTF:调制传递函数 Note:Compared with the respective preoperative MTF values,aP<0.05;compared with the respective postoperative 1-month MTF values,bP<0.05;compared with the respective postoperative 3-month MTF values,cP<0.05(Repeated measurement one-way ANOVA,Dunnett-t test) FS-LASIK:femtosecond laser-assis-ted laser in situ keratomileusis;MTF:modulation transfer function

表4 术后6个月不同空间频率下2个组MTF值和去除低阶像差后MTF值的比较(mean±SD)Table 4 Comparison of the postoperative 6-month MTF values with and without low order aberration at different spatial frequencies between the two groups (mean±SD)空间频率(c/d)术后6个月MTF值SMILE(n=53)FS-LASIK(n=49)t值P值术后6个月去除低阶像差后MTF值SMILE(n=53)FS-LASIK(n=49)t值P值50.320±0.2020.207±0.1302.4250.0180.534±0.1800.392±0.1733.544<0.01100.196±0.1490.116±0.0902.6460.0100.283±0.1860.181±0.1462.6190.011150.126±0.1060.074±0.0582.9960.0040.164±0.1180.114±0.1941.9860.038200.095±0.0840.053±0.0442.4950.0150.117±0.0760.082±0.0702.0790.041250.069±0.0690.040±0.0381.9340.0100.098±0.0650.070±0.0532.0360.045300.055±0.0590.031±0.0281.6940.0180.078±0.0540.054±0.0352.2610.026350.046±0.0550.024±0.0261.7410.0260.062±0.0500.043±0.0262.0080.022400.039±0.0490.020±0.0212.1430.0180.053±0.0440.034±0.0182.7750.007450.033±0.0450.015±0.0172.2680.0120.050±0.0400.032±0.0182.8400.006500.030±0.0420.013±0.0162.1700.0120.049±0.0380.032±0.0192.6770.009550.025±0.0380.013±0.0181.2520.0620.048±0.0370.033±0.0212.4060.018600.021±0.0350.012±0.0170.9210.1320.046±0.0350.031±0.0222.4550.017 注:(独立样本t检验) MTF:调制传递函数;SMILE:飞秒激光小切口角膜基质透镜取出术;FS-LASIK:飞秒激光辅助的准分子激光角膜原位磨镶术 Note:(Independent-samples t test) MTF:modulation transfer function;SMILE:small-incision lenticule extraction;FS-LASIK:femtosecond laser-assisted la-ser in situ keratomileusis

3 讨论

MTF是将点扩散函数通过傅里叶变换得到的客观指标，反映了人眼光学系统对物体不同空间频率成分的传递能力，与视网膜的成像质量相关，即MTF越低，视觉质量越差。MTF与对比敏感度有着密切的联系，但对比敏感度受视网膜神经通路的影响，为主观指标。MTF可以从不同空间频率对视觉质量进行分析并且可以更加客观地描述手术后视觉质量的光学变化，应用MTF客观地评价视觉质量具有可靠性和优势。以往的研究多集中于角膜MTF的变化，虽然角膜屈光手术的变化发生在角膜前表面，但角膜像差和光学质量的评估并不足以描述眼的整体光学质量。本研究采用Hartmann-Shack技术像差测量仪测量全眼像差，应用Matlab编程将其转换为全眼MTF，实现对眼的光学质量更加全面地评估。

本研究结果显示，SMILE组与FS-LASIK组术后各空间频率下MTF值均较术前明显升高，差异均有统计学意义。由于MTF主要受人眼像差、衍射和瞳孔直径的影响[11]，本研究中像差均在相对暗环境下测量并且转换为瞳孔直径6 mm下像差进行比较分析，排除了瞳孔大小以及衍射的影响。正常人眼光学质量大多受低阶像差，即离焦的影响，由于SMILE组及FS-LASIK组手术后低阶像差大部分或完全被消除，因此术后MTF值大幅提升。本研究结果显示，SMILE组较FS-LASIK组MTF值提升幅度更为明显，分析其可能与对视觉质量影响较大的散射和像差有关[1-2,11-13]。以往研究表明SMILE术后散射变化不明显，基本与术前相同，而FS-LASIK术后散射增加明显[14]。武志清等[15]研究指出，与FS-LASIK相比，SMILE术后引入的全眼像差更少，术后光学质量更好。有研究证明角膜基质床的规则性与术后光学质量密切相关，基质床表面不规则会影响光线的传播路径，使术后产生更多的散射和像差[16]。也有研究显示准分子激光通过热损伤诱发基质胶原纤维横向收缩，使残留基质表面凹凸不平[17]；而飞秒激光主要通过光爆破作用对组织进行切削，切削形状以及深度精确可控，切削表面更加光滑[16]，对光路影响更小，产生的像差和散射更少，视觉光学质量更佳。本研究结果显示，去除低阶像差后，各空间频率下SMILE组MTF值较FS-LASIK组升高，差异均有统计学意义。由此推测SMILE术后引入的术源性高阶像差更少，获得的视觉质量更佳。

从空间频率的角度分析，SMILE术后除1 c/d和3 c/d外，其余空间频率MTF值的变化相对较稳定，分析其原因可能与角膜愈合反应以及其引起的高阶像差等有关。1 c/d和3 c/d空间频率下MTF值术后3个月和6个月均低于1个月，差异均有统计学意义，可能由于低频区受角膜伤口愈合等因素的影响。MTF的高频区描述物体的细节；中频区既反映视敏度，又反映视觉对比敏感度；低频区描述物体的轮廓[18]。由此可解释临床上常见的有患者主诉角膜屈光手术后视力很好但视物不清的原因。Gertnere等[19]研究显示，屈光手术后患者对比敏感度下降，3～6个月时逐渐恢复至术前，本研究中MTF在低、中频段的表现与Gertnere等[19]研究中对比敏感度的表现趋势基本一致。

有研究显示，屈光手术后引入的高阶像差以彗差和球差为主，因此本研究中将SMILE组影响视觉质量最大的球差与彗差分别去除后观察整体视觉质量的变化，发现彗差对MTF的影响明显大于球差且以垂直彗差为主，这与以往LASIK的研究结果不一致[20]，说明术后视觉质量可能与手术方式有关。SMILE手术切口多位于垂直方向，愈合过程中对垂直方向上的高阶像差影响更大，且去除后变化集中表现在低空间频率，因此推测球差和彗差对低空间频率的MTF值影响较大。其他空间频率下去除高阶像差后MTF值反而低于之前的MTF值，可能与存在像差补偿有关。

本研究结果对屈光手术后视觉质量变化的诊断具有一定意义，可以根据MTF诊断患者的视觉问题出现在何种频率下，从而更有针对性地分析影响视觉质量的原因；同时提示屈光手术后出现一过性视觉质量下降可能与角膜基质愈合过程有关。本研究存在一定的局限性：本研究随访了术后6个月患者的客观视觉质量状况，随访时间较短，仍需要更长期的研究；此外，MTF的变化受瞳孔直径的影响，研究发现瞳孔直径越大，MTF值越低[20]，本研究统一转换为瞳孔直径6 mm情况下的像差，排除了瞳孔直径对MTF的影响，随后还应分组测量屈光手术后不同瞳孔直径下光学质量的变化。

综上所述，SMILE和FS-LASIK术后均可大幅度提高MTF值，对视觉质量的提高有积极的影响。SMILE术后MTF值略高于FS-LASIK。然而，屈光手术后视觉质量的变化受多种因素的影响，因此仍需更加深入的研究和长期随访。

利益冲突所有作者均声明不存在利益冲突