張 旭,王 雁,徐路路，王 偉

目的:探討飛秒激光小切口角膜基質透鏡取出術(SMILE)術后光學調制度傳遞函數(shù)(MTF)特點，并探究術后裸眼視力(UCVA)、對比敏感度功能(CSF)與MTF的關系。

方法：橫斷面選取2015-06/ 11在天津市眼科醫(yī)院行SMILE手術矯正近視患者34例68眼，術后眼部情況穩(wěn)定3mo以上且術后殘余屈光度均小于±0.50D。在明視覺下，用國際標準視力表測量UCVA，用CSV-1000E 測量CSF。用WaveScan測量全眼的波前像差，經(jīng)Matlab編程，將像差進行公式轉換成MTF，取3、6、12、18c/d四頻區(qū)結果進行統(tǒng)計。

結果 ：在3、6、12、18c/d頻區(qū)，CSF值分別為：63.19±3.18、110.25±5.22、57.65±3.76、16.15±1.04； MTF值分別為：0.80±0.02、0.56±0.03、0.30±0.02、0.19±0.02。在6、12、18c/d頻區(qū)，UCVA與CSF具有相關性(r=0.548、0.337、0.324，P<0.01、=0.005、0.007)；而在18c/d頻區(qū)，CSF與MTF具有相關性(r=0.241，P=0.048)。

結論：SMILE手術矯正后光學質量(MTF)的變化規(guī)律不同于視覺質量的變化規(guī)律，不同于視力和對比敏感度，雖然屈光系統(tǒng)發(fā)生像差等變化，但最終手術對全眼CSF無影響，說明視神經(jīng)大腦通路對視覺質量具有補償作用。計算MTF對評價手術后光學質量的判斷具有一定的理論和臨床應用價值。

0 引言

飛秒激光小切口角膜基質透鏡取出術(small incision lenticule extraction, SMILE)是一種較新的屈光矯正手術方式，在飛秒激光的基礎上發(fā)展而來，保持了角膜上皮層和前彈力層的連接，臨床研究已經(jīng)證實了其具有安全、有效、穩(wěn)定、可預測性好等特點[1-2]。并且與傳統(tǒng)的LASIK手術相比，研究顯示SMILE手術導致的像差明顯減小，從而顯示更好的視覺效果[3-5]。

目前國際上已經(jīng)證實并開始應用現(xiàn)代光學理論對視覺系統(tǒng)的視功能做出更科學、更全面的評價[6-7]。調制傳遞函數(shù)(modulation transfer function, MTF)是通過光學系統(tǒng)后與通過前的調制度的比值,為不同空間頻率的正弦條紋,用于評價光線在視網(wǎng)膜上所成像的對比度與原始圖像的比率，表達的是對稱性像差[8]。與像差相比，MTF描述了不同空間頻率下物像對比度和光學系統(tǒng)成像質量的關系。因此，MTF能夠全面、客觀地反映眼球整個屈光系統(tǒng)的光學成像質量[9-10]，并且排除了神經(jīng)的因素，越來越多地應用于臨床來評價成像質量。

通常臨床評價視覺質量的手段主要是裸眼視力(UCVA)和對比敏感度(contrast sensitivity function, CSF)，兩者均同時反映眼的屈光系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)。UCVA和CSF兩者均考慮了視錐細胞和視覺神經(jīng)系統(tǒng)作用的，與UCVA相比，CSF提供的更多、更全面關于視功能的信息[11-12]。在臨床實踐中，不同的患者術后裸眼視力相同的情況下，卻有不同的對比敏感度，或伴有光暈、眩光、夜間視力下降，但其機制不清。本文目的在于觀察研究術后患眼的MTF，探討MTF與UCVA、CSF之間的相關性。

1 對象和方法

1.1對象 選取研究對象為2015-06/11在天津市眼科醫(yī)院接受SMILE手術治療患者，最終入選患者34例68眼，患者年齡17～40(平均23.12±5.03)歲；男24例，女10例；術前近視球鏡度為-1.75～-8.50(平均-4.98±1.58)D；散光度數(shù)為0～4.75(平均0.97±0.117)D。納入標準：(1)手術順利，術后堅持隨訪3～6mo；(2)術后視力穩(wěn)定，殘余屈光度小于±0.50D；(3)術后無明顯并發(fā)癥。排除標準：(1)患有眼科其他疾病如角膜炎癥活動期、圓錐角膜、青光眼、白內障，或者存在眼底病變、視神經(jīng)病變等；(2)眼部手術史、外傷史；(3)患有全身結締組織疾病或者自身免疫性疾??；(4)無法配合檢查；(5)術后出現(xiàn)并發(fā)癥，屈光度明顯欠矯或過矯。所有患者均簽署知情同意書，本研究獲得天津醫(yī)科大學眼科臨床學院倫理委員會的批準，并嚴格遵守《赫爾辛基宣言》。

1.2方法 所有患者均由同一位經(jīng)驗豐富的術者完成手術，術前常規(guī)滴0.5%左氧氟沙星滴眼液4次/d，連續(xù)應用3d，術中用0.4%鹽酸奧布卡因滴眼液2次進行表面麻醉。SMILE手術應用VisuMax@飛秒激光系統(tǒng)制作角膜瓣和基質透鏡，激光脈沖頻率為500kHz，能量為115nJ，點間距為3.0μm，光斑大小為1.5μm，角膜帽(cap)厚度設置為110μm，直徑7.2mm，微透鏡直徑為6.2mm，基底加厚10μm，散光過渡帶為0.1mm，在角膜上方做一寬度為2mm切口，透鏡及小切口的側切口角度均為90°。激光掃描結束后，利用顯微分離器掀開分離角膜帽邊緣，進一步分離內部透鏡上表面及下表面，然后用顯微鑷取出透鏡。

術后滴用0.5%左氧氟沙星滴眼液2d，4次/d；0.1%氟米龍滴眼液4次/d，每2wk遞減1次，2mo停藥。

在自然光照明下，利用國際標準視力表測試距離5m遠距離，并記錄UCVA。應用基于Hartmann-Shack原理的WaveScan波陣面測量儀(WaveScan)。文中的波陣面像差信息用Zernike系數(shù)來表示，均采用美國光學學會(Optical Society of America，OSA)標準。波陣面像差測量在暗室中自然放大狀態(tài)下進行，每只眼睛測量3～5次，選取圖像標準：(1)虹膜紋理清晰；(2)屈光度與顯然驗光接近；(3)重復性好；(4)瞳孔直徑6mm以上。符合以上標準的3次結果取平均值后進行分析。利用CSV-1000E測試儀，自然光照明，測試距離8英尺(2.5m)，沿著垂直方向測出CSF，即保持空間頻率不變，而對比敏感度改變。首先選定空間頻率不變，改變其對比度，由大到小逐漸降低對比敏感度，直至觀察者不能分辨為止，找到測試者所能觀測的最小對比敏感度，然后變換空間頻率，并逐一測試，得到測試者所能觀察到的最小對比敏感度。先測高頻，再測量低頻的空間頻率。

波陣面像差的準確值計算：多次測量同一眼的波陣面像差，剔除所含誤差較大的測量值，最后求剩余測量值在同一大小瞳孔下的平均值，作為所測人眼波陣面像差的準確值。

MTF的計算方法：經(jīng)Matlab編程，應用光學常規(guī)數(shù)理統(tǒng)計方法。人眼波陣面像差用Zernike多項式形式可表示為：W(x，y)=ΣkCKZK(x，y)式中：x，y為坐標軸，Zk(x，y)是Zernike多項式第k項，Ck是對應的系數(shù)，由像差儀直接測出。由波陣面像差函數(shù)W(x，y)構造光瞳函數(shù)P(x，y)：P(x，y)=A(x，y)exp[i W(x，y)]，瞳孔直徑取3mm。由患眼的光瞳函數(shù)P(x，y)可以求得光學傳遞函數(shù)OTF。OTF通常是復函數(shù)，由振幅部分和位相部分組成。其振幅值為MTF。取3、6、12、18c/d四頻區(qū)結果統(tǒng)計。

統(tǒng)計學分析：采用SPSS20.0統(tǒng)計軟件進行統(tǒng)計學分析，進行Pearson相關分析。以P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

2.2 UCVA與CSF相關性分析 在6、12、18c/d空間頻率下，患者術后UCVA與CSF相關性分析結果：在6、12、18c/d空間頻率下，UCVA與CSF具有相關性(r=0.548、0.337、0.324，P<0.01、=0.005、0.007)，即患者視力越好其對應的中、高頻對比敏感度視力也越好；在3c/d空間頻率下，即在低頻區(qū)，UCVA與CSF無相關性(r=-0.125，P=0.308)。

2.3 UCVA與MTF相關性分析 在3、6、12、18c/d空間頻率下,患者術后UCVA與MTF無相關性(r=0.102、0.141、0.149、0.202,P=0.408、0.251、0.224、0.099)。

2.4 MTF與CSF相關性分析 在18c/d空間頻率下，患者術后MTF與CSF有相關性(r=0.241，P=0.048)，即在高頻區(qū)成像質量越好，相應的對比敏感度視力也越好；在3、6、12c/d空間頻率下，患者術后MTF與CSF無相關(r=-0.023、0.150、0.102，P=0.854、0.222、0.407)。

表1 各空間頻率下CSF和MTF均值及分布范圍

指標3c/d6c/d12c/d18c/dCSF15～120(63.19±3.18)24～193(110.25±5.22)12～99(57.65±3.76)4.5～36(16.15±1.04)MTF0.26～0.95(0.80±0.02)0.06～0.92(0.56±0.03)0.01～0.81(0.30±0.02)0.01～0.72(0.19±0.02)

圖1 各空間頻率下CSF值。

圖2 各空間頻率下MTF值。

3 討論

視覺質量是評價手術的重要指標，視覺質量的提高也是手術的最終目的。一般來說，影響人眼的視覺質量包括兩部分，一個是眼的屈光系統(tǒng)，通過它使外界的物體成像在視網(wǎng)膜上；另一個是眼的神經(jīng)系統(tǒng)，視網(wǎng)膜光感受細胞接收光線刺激轉化為電信號，并傳輸?shù)酱竽X中樞系統(tǒng)[13-14]。目前屈光矯正效果通常是通過視力、殘余屈光度、像差等來評估。人眼的視覺質量的建立是物體發(fā)出的光經(jīng)人眼光學系統(tǒng)成像后，再經(jīng)視神經(jīng)傳導通路和大腦皮質層視覺中樞整合后的像質綜合。本文針對SMILE術后應用MTF對眼屈光系統(tǒng)進行評價，CSF為全眼的視覺質量，全面評價全眼的視覺質量，而本研究重點MTF為屈光系統(tǒng)的成像質量，并進一步分析SMILE術后各頻段下MTF與CSF之間的關系。

像差是較屈光度更高級的屈光系統(tǒng)評價指標。20世紀末Liang等[15]利用Hartmann-Shack(H-S)波前傳感技術比較精確地測量了人眼波前像差，提供了一種有效地分析人眼光學系統(tǒng)對視覺影響的方法。本研究結果顯示主要高階像差結果與之前研究一致[4]。SMILE手術應用飛秒技術制作一個基質透鏡，通過一個弧長2mm的周切口，將基質透鏡取出，避免以往屈光手術中角膜瓣的丟失和移位，并提高了可預測性。高階像差主要來源于激光切削，基質床表面越光滑，越能減少術后高階像差的產(chǎn)生[4]。SMILE引入的球差較傳統(tǒng)術式要小，還可能與其避免了準分子激光在切削周邊角膜時，由于入射角改變導致切削效能下降有關，即余弦效應，從而避免引入過多球差等高階像差[16-18]。

本研究應用計算法得到各個空間頻率下的MTF值。與之前研究結果趨勢一致[9-10,12]，但之前的研究對象是針對正常人或LASIK術后的患者，還沒有針對SMILE術后患者的研究。SMILE術后MTF變化曲線仍然呈現(xiàn)隨著頻率增加數(shù)值降低的趨勢。光學傳遞函數(shù)(optical transfer function, OTF)是對于非相干光照明下的衍射受限系統(tǒng)、表征系統(tǒng)成像質量的指標。MTF是OTF的模，即振幅，相位傳遞函數(shù)(phase transfer function，PTF)是OTF的相位[16]。MTF是不同空間頻率的正弦條紋,通過光學系統(tǒng)后與通過前的調制度的比值,即評價光線在視網(wǎng)膜上所成像的對比度與原始圖像的比率。用Zernike多項式來表達像差，再根據(jù)光瞳函數(shù)，可以計算出不同空間頻率下的MTF。像差項之間組合會產(chǎn)生補償、抵消、加強等作用，即在Zernike多項式表達中， 2個不同階的同一頻角符號相同會使視覺質量提升，反正會使視覺質量下降[17]。因此，MTF能夠全面、客觀地反映眼球整個屈光系統(tǒng)的光學成像質量，MTF值越大，視覺質量越好。研究結果顯示，MTF與彗差、球差等無明顯相關性，MTF反映的是總體像差，與每個像差項無關。與傳統(tǒng)屈光術式相比，SMILE術后MTF受高階像差的影響相對較小。

研究結果中CSF呈現(xiàn)出倒“U”字型趨勢，低頻區(qū)數(shù)值低，到中高頻區(qū)數(shù)值高，在高頻區(qū)回落，這與人眼的神經(jīng)敏感性特點有關，對低頻不敏感，對中高頻敏感[12]。SMILE術后MTF值從低頻到高頻的變化不同于CSF，反映兩者變化規(guī)律是不一致的。但即使MTF在中、 高頻區(qū)有降低的趨勢，CSF還是回到了倒“U”字型，說明神經(jīng)大腦對視覺質量的補償。

從SMILE術后CSF與UCVA的相關性分析結果來看，除低頻區(qū)外，中頻區(qū)、高頻區(qū)，CSF與UCVA存在一定的相關性，證明視力與中、高頻對比敏感度兩者存在一定的內在聯(lián)系。臨床綜合評價視覺質量的常用手段主要是測量視力和對比敏感度，兩者均同時反映眼的屈光系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)。視力和對比敏感度兩者均考慮了視錐細胞和視覺神經(jīng)系統(tǒng)作用的，與視力相比，對比敏感度提供的更多、更全面關于視功能的信息[11-12]。不同頻段的對比敏感度，反映的視功能存在差異：低頻段反映的是對輪廓的分辨能力，中頻段既反映了視敏度，又反映視覺對比敏感度，即物體的層次傳遞情況，高頻部分反映物體的細節(jié)傳遞情況。這些是由于不同頻段對應感光細胞的功能是有區(qū)別的。感光細胞對圖像信號進行光電轉換后，經(jīng)雙極細胞傳遞給神經(jīng)節(jié)細胞(ganglion cell，GC)，其中有X型GC和Y型GC，X型GC與外側膝狀體的X神經(jīng)元發(fā)生聯(lián)系，Y型GC與外側膝狀體的Y神經(jīng)元發(fā)生聯(lián)系。一般認為，X型GC對高空間頻率敏感，Y型GC對低空間頻率敏感。Y型GC受到光亮下降的影響較小。這提示X型GC對周圍光亮變化更敏感[14]。UCVA反映的中、高頻段的視功能，SMILE術提高了中、高頻段的視功能。

本研究中，SMILE術后UCVA與MTF無明顯相關性。視力是綜合屈光系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)的高頻視覺。考慮所有患者均成功進行了SMILE屈光矯正術，手術改變了角膜表面形態(tài)，引起人眼的屈光狀態(tài)的改變，但視網(wǎng)膜及視神經(jīng)傳導并未改變，甚至存在神經(jīng)大腦的補償功能。

SMILE術后MTF與CSF相關性分析結果顯示：在18c/d頻區(qū)MTF與CSF有一定弱相關性，在中、低頻段下MTF均與CSF無明顯相關性。球差和彗差是最主要的高階像差，SMILE術后球差、彗差與MTF、CSF相關性分析結果顯示，高階像差與MTF、CSF均無明顯相關性。MTF是由像差計算得來的，反應了像差的總和，像差是更高級的人眼屈光系統(tǒng)評價指標，對比敏感度是綜合屈光系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)的各頻區(qū)視覺功能。SMILE手術有效降低了患眼光學系統(tǒng)的像差(低階像差為主)，改善了成像質量，特別是明視覺狀態(tài)下，即瞳孔直徑為3mm狀態(tài)下的MTF。人眼像差隨瞳孔直徑增大而明顯增大。隨著瞳孔直徑縮小，像差對視網(wǎng)膜成像質量的影響作用減少。因此在明視覺狀態(tài)下，SMILE術使像差減小，成像質量顯著提高，在高頻區(qū)MTF對CSF有一定影響，而中、低頻區(qū)對CSF、視力影響甚微。在飛秒激光的基礎上發(fā)展而來的SMILE手術作為一種較新的手術方式，與傳統(tǒng)的LASIK手術相比，SMILE手術導致的像差明顯減小，從而顯示更好的視覺效果[3-5]。手術雖然未涉及視網(wǎng)膜及其神經(jīng)傳導通路，但對于不同的新像差視網(wǎng)膜及神經(jīng)傳導通路處理作用會不相同，產(chǎn)生不同程度的適應性，視覺的神經(jīng)系統(tǒng)也是影響整體視功能的重要因素，其反映視網(wǎng)膜、視神經(jīng)和大腦中樞對圖像信號進行處理傳遞解析的能力，也具有可塑性[19]。

綜上所述，SMILE手術可以有效地矯正屈光不正患眼，其經(jīng)其矯正以后，手術眼的視力和對比敏感度的生理規(guī)律沒有改變，即雖然矯正后的屈光間質像差發(fā)生了改變，但通過補償?shù)茸兓罱K對視力、對比敏感度均無明顯影響，說明視神經(jīng)大腦通路對視覺質量具有補償作用。計算法可以獲得不同空間頻率的MTF，對評價手術后光學質量的判斷具有一定的理論和臨床應用價值。