王梅潔 廖萱 譚青青 蘭長駿

作者單位：川北醫(yī)學院附屬醫(yī)院眼科 川北醫(yī)學院眼視光學系，南充 637000

人眼并非完美的光學系統(tǒng)，存在低階像差和高階像差。高階像差主要來源于角膜和晶狀體，其中角膜像差占人眼總像差的80%，是影響視網(wǎng)膜成像的最主要的因素，而四階球差（Z40）對視覺質(zhì)量影響最大[1-3]。目前波前像差儀已逐漸在臨床應用，如個性化引導角膜屈光手術、屈光性白內(nèi)障手術個性化人工晶狀體（IOL）的選擇、視覺質(zhì)量評價以及其他眼科疾病診療，在視光學方面還可以指導角膜塑形鏡和眼鏡的驗配。i.Profiler（德國Carl Zeiss公司）是采用Hartmann-Shack原理的波前像差儀（光源波長555 nm，1 500個采樣點），同時集Atlas 9000角膜地形圖（基于Placido盤設計，18個完整的環(huán)形，3 425個角膜測量點）、自動驗光儀和角膜曲率計為一體，測量2～7 mm瞳孔直徑下角膜曲率、角膜散光、角膜有效屈光力、角膜2～7階高階像差值等以及3 mm和5 mm瞳孔直徑下全眼Zernike多項式像差值。i.Profiler在國外應用較多，通過對人眼高階像差進行量化及處理，確定人眼不同瞳孔直徑下的最適屈光度，結(jié)合i.Scription技術，制定個性化鏡片[4，5]。與傳統(tǒng)的驗光配鏡比較，能更好適應瞳孔直徑的變化，明顯地改善暗視力。i.Profiler驗光結(jié)果具有良好的重復性，且顯示出與其他電腦驗光儀較好的一致性[6，7]。i.Profiler剛進入國內(nèi)，有必要對其測量國人眼波前像差的準確性進行評價。iTrace視覺質(zhì)量分析儀（美國Tracey公司）是采用Raytracing原理的波前像差儀，同時集角膜地形圖、自動驗光儀和角膜曲率計為一體，可以測量2～6 mm瞳孔直徑下角膜、眼內(nèi)、全眼2～7階高階像差值等，目前廣泛用于臨床，測量的準確性已得到肯定。本研究旨在通過比較i.Profile與iTrace測量的角膜和全眼波前像差值，對i.Profiler測量國人眼波前像差參數(shù)測量的準確性進行驗證，為臨床應用提供參考。

1 對象與方法

1.1 對象

納入標準：①等效球鏡度（SE）≤-3.00 D，柱鏡度數(shù)≤-1.00 D，最佳矯正視力（BCVA）（LogMAR）優(yōu)于0；②淚膜功能正常，認知能力正常，能積極配合檢查者；③4周內(nèi)未配戴硬性角膜接觸鏡，2周內(nèi)未配戴軟性角膜接觸鏡；④測量前未進行過眼部侵入性檢查；⑤無眼部手術史和外傷史。排除標準：①有角結(jié)膜病變者（如圓錐角膜、角膜瘢痕、翼狀胬肉等）；②有葡萄膜炎、青光眼病史者；③晶狀體混濁、眼底黃斑和視網(wǎng)膜病變者。

納入2018年5 ─7月在川北醫(yī)學院附屬醫(yī)院眼科門診檢查的健康青年人96例，其中男46例，女50例；年齡18～28（21.0±1.9）歲；球鏡度數(shù)0.00～-3.00（-1.40±1.00）D；柱鏡度數(shù)0.00～-1.00（-0.50±0.50）D。所有患者由同一位檢查者使用i.Profiler和iTrace對受檢者右眼進行測量。本研究已獲得川北醫(yī)學院附屬醫(yī)院倫理委員會批準，批號：2018ER（A）036，所有受檢者均簽署知情同意書。

1.2 像差測量

采用0.5%復方托吡卡胺滴眼液（美多麗，日本Santen公司）滴眼，受檢者的右眼散瞳至≥7 mm，由同一位經(jīng)驗豐富的檢查者在同一檢查室依次進行像差測量。受檢者瞬目后睜眼充分暴露角膜，注視i.Profiler目標圖像（彩色條紋的熱氣球）。檢查者單擊瞳孔影像中心部，設備自動對焦，使用Hartmann-Shack傳感器拍攝一系列圖像，并將其組合成一個結(jié)果。該設備每次自動連續(xù)測量3次，并選擇最優(yōu)數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C作為最終測量結(jié)果。該設備還可以通過傳感器柵格圖像的完整性分析受檢者淚膜是否穩(wěn)定，測量結(jié)果是否可靠，圖像顯示較大空缺者，則重新進行測量。相同檢查條件下，受檢者瞬目后睜眼充分暴露角膜，注視iTrace的Placido盤的紅色光標。檢查者按屏幕提示進行對焦，設備自動采集圖像獲取數(shù)據(jù)。若結(jié)果顯示256個檢測點中出現(xiàn)10個以上被排除點，說明測量結(jié)果不可靠，重新進行測量。

2種設備測量結(jié)束后分析2～6 mm瞳孔直徑下角膜和3、5 mm瞳孔直徑下全眼的總高階像差（Total higher-order aberration，tHOA）、球差（Spherical aberration，SA）（Z40）、三階彗差（Z3-1、Z31）和三階三葉草像差（Z3-3、Z33）值。

1.3 統(tǒng)計學方法

系列病例研究。采用SPSS 25.0軟件行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析。參數(shù)的分布情況應用Kolmogorov-Smirnov檢驗，所有測量參數(shù)P＞0.05，提示符合正態(tài)分布，計數(shù)資料以均數(shù)±標準差表示。采用配對t檢驗、Pearson相關系數(shù)、Bland-Altman散點圖、95%一致性界限（95% limits of agreement，95%LoA）綜合分析2種設備的一致性。95%LoA定義為二者差值平均值±1.96標準差，小于0.1 μm為臨床可接受，范圍越窄，一致性越好[8，9]。以P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

2.1 i.Profiler和iTrace測量角膜高階像差的一致性

i.Profiler和iTrace在2～6 mm瞳孔直徑下測量的角膜tHOA、Z40、Z3-3、Z33、Z3-1和Z31值，差異均無統(tǒng)計學意義（均P＞0.05）；二者之間除2 mm瞳孔直徑下角膜tHOA（r=0.619，P＜0.001）、Z4（0r=0.795，P＜0.001）、Z31（r=0.785，P＜0.001）外，余角膜高階像差相關系數(shù)r均＞0.800，P＜0.001，顯示二者相關性較好。角膜所有高階像差測量值的95%LoA范圍均較窄，小于0.1 μm。角膜高階像差均隨著瞳孔直徑的增大而增高，與瞳孔直徑呈正相關。見表1。

2.2 i.Profiler和iTrace測量全眼高階像差的一致性

由于i.Profiler只能分析3 mm和5 mm瞳孔直徑下全眼Zernike函數(shù)中各階像差，所以進行這2個瞳孔直徑下參數(shù)分析。i.Profiler和iTrace在3、5 mm瞳孔直徑下測量的全眼tHOA、Z40、Z3-3、Z33、Z3-1和Z31值，差異均無統(tǒng)計學意義（均P＞0.05），二者之間測量值除3 mm瞳孔直徑下全眼Z31相關系數(shù)r為0.571（P＜0.001）外，余全眼高階像差相關系數(shù)r均＞0.800（P＜0.001），二者相關性較好，見表2。3 mm和5 mm瞳孔直徑下，2種設備測量全眼高階像差的95%LoA范圍均較窄，小于0.1 μm。Bland-Altman散點圖顯示每個像差成分測量值僅有極少數(shù)點位于95%LoA以外（見圖1─2）。3 mm和5 mm瞳孔直徑下，全眼球差（Z40）分別為（0.010±0.008）μm、（0.073±0.052）μm，角膜球差（Z40）分別為（0.016±0.007）μm、（0.116±0.031）μm，同一瞳孔直徑下，全眼球差（Z40）小于角膜球差（Z40）。

3 討論

人眼的高階像差會導致視敏度和對比敏感度下降，如角膜屈光手術會增加角膜像差特別是球差，導致患者術后出現(xiàn)單眼復視、眩光、光暈等，影響術后視覺質(zhì)量[10，11]。白內(nèi)障手術由于角膜切口的位置、大小以及不恰當?shù)腎OL的植入，術后波前像差尤其是全眼球差增加，對比敏感度降低，導致患者術后夜間視力下降和產(chǎn)生視覺干擾癥狀[1]。對于Kappa角大于0.50 mm且4 mm角膜直徑下總高階像差大于0.50 μm的患者不建議植入多焦點IOL[12]。所以術前對患者進行像差檢查，根據(jù)檢查結(jié)果個性化制定診療方案，可減少術后高階像差，提高術后視覺質(zhì)量。角膜塑形鏡是近視防控的一種有效方法，但若光學治療區(qū)偏中心，可能導致角膜tHOA、總?cè)A像差（主要是彗差）的增大，產(chǎn)生虛影、視物模糊等癥狀，所以在配戴過程中進行像差檢查有較大的臨床意義[13，14]。圓錐角膜會導致角膜像差尤其是Z3-1增加[15]，角膜像差檢查有助于圓錐角膜診斷、嚴重程度分級和視力預測[16]。干眼患者的角膜總高階像差尤其是彗差和三葉草像差顯著增加[17]，視覺質(zhì)量下降，角膜像差測量有助于干眼的診斷和療效評估。另外，研究發(fā)現(xiàn)弱視的治療效果與全眼和眼內(nèi)球差有關，對于弱視兒童的檢查和療效評估除了視力外，也可結(jié)合波前像差綜合分析[18]。所以，像差儀在臨床上有廣泛的用途。

表1.i.Profiler和iTrace測量角膜高階像差值(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是目前臨床常用的像差儀，其測量的重復性已被證實[19]。采用Hartmann-Shack原理的i.Profiler在國外主要被視光師采用，目前尚未見在國人應用方面的臨床研究，有必要評價其測量國人波前像差的準確性。本研究發(fā)現(xiàn)i.Profiler和iTrace測量角膜和全眼高階像差結(jié)果差異均無統(tǒng)計學意義，并且具有良好的一致性和相關性。高階像差均隨瞳孔直徑的增加而增大。Applegate等[20]研究也顯示在3～7 mm瞳孔直徑下角膜的高階像差隨瞳孔直徑的增大而增高，其中角膜球差的變化幅度最大。Xu等[21]對比了iTrace和采用Hartmann-Shack原理的KR-1W波前像差儀（日本Topcan公司）的測量結(jié)果，發(fā)現(xiàn)差異無統(tǒng)計學意義，二者之間一致性良好。Rodríguez等[22]通過比較Hartmann-Shack原理的Zywave波前像差儀（美國Bausch kIIlb公司）和iTrace測量角膜高階像差，發(fā)現(xiàn)二者一致性較好。

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

圖1.3mm瞳孔直徑下2種設備測量全眼波前像差參數(shù)的Bland-Altman圖（96眼）中間實線表示差值平均值，上下虛線表示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.

圖2.5mm瞳孔直徑下兩臺設備測量全眼波前像差參數(shù)的Bland-Altman圖（96眼）中間實線表示差值平均值，上下虛線表示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瞳孔直徑下，i.Profiler和iTrace測量全眼Z40分別為（0.073±0.052）μm和（0.074±0.050）μm。Visser等[23]比較iTrace和Hartmann-Shack原理的Irx3波前像差儀（法國Orsay公司），證實了二者之間一致性較好。而且，在5 mm瞳孔直徑下，全眼球差分別為（0.064±0.076）μm和（0.063±0.068）μm，與本研究結(jié)果相似。Yi等[24]使用Hartmann-Shack原理的HASO32波前像差儀（法國Orsay公司）研究認為景深隨瞳孔直徑的增大而減少，同時與角膜球差呈負相關性，其中5 mm瞳孔直徑下，全眼球差為（0.075±0.062）μm，與本研究的全眼球差結(jié)果相近。

本研究中3 mm和5 mm瞳孔直徑下，全眼Z40分別為（0.010±0.008）μm、（0.073±0.052）μm，角膜Z40分別為（0.016±0.007）μm、（0.116±0.031）μm，同一瞳孔直徑下，全眼球差小于角膜球差。本研究中均是健康青年人，說明在健康青年人中，眼內(nèi)的球差為負，對角膜正球差具有明顯補償作用，全眼球差極小，所以視覺質(zhì)量高。我們之前通過對比植入非球面和球面IOL的白內(nèi)障患者術后視覺質(zhì)量發(fā)現(xiàn)，非球面IOL植入后，IOL負球差可以矯正角膜的正球差，術后能改善患者暗環(huán)境下視覺質(zhì)量[25]；3 mm和5 mm瞳孔直徑下，全眼Z3-1分別為（0.013±0.100）μm、（0.068±0.035）μm，角膜分別為（0.021±0.020）μm、（0.081±0.059）μm，同一瞳孔直徑下，全眼Z3-1小于角膜Z3-1，說明在健康青年人中，眼內(nèi)Z3-1對角膜像差具有補償作用。Gatinel等[26]通過比較角膜前表面和全眼像差發(fā)現(xiàn)，角膜像差與晶狀體像差之間存在著補償機制。Kelly等[27]用像差儀分析30例年輕人的角膜和全眼高階像差，同樣發(fā)現(xiàn)眼內(nèi)都對角膜像差具有補償作用，其中球差的補償作用比較恒定，而彗差的個體差異較大，瞳孔直徑和年齡等因素會影響這種補償或迭加作用，與本研究結(jié)果一致。Oshika等[28]同樣認為隨著年齡的增長，由于角膜變性或者內(nèi)皮細胞功能的下降使角膜平整性發(fā)生改變，引起角膜彗差的增加。同時隨著年齡的增長，淚液分泌減少，也會增加角膜像差，而對于不同年齡角膜球差相對較穩(wěn)定。所以角膜和全眼高階像差的準確測量和分析對矯正人眼波前像差，指導個性化IOL選擇，引導角膜屈光手術和評估術后視覺效果都有重要的臨床意義。

像差儀測量的次數(shù)、測量的數(shù)據(jù)點以及光源波長與測量設備的精確性密切相關[29]。本研究中，i.Profiler自動從3次測量中選擇最優(yōu)數(shù)據(jù)作為最終測量結(jié)果，而iTrace每次只進行1次測量，二者測量結(jié)果的差異無統(tǒng)計學意義。i.Profiler同時檢測所有入瞳光束，而iTrace是依次追蹤單個入瞳光束，進行整合得到的像差分析，這樣避免了光斑之間重合對像差測量的影響，在較高像差或屈光介質(zhì)不透明狀態(tài)下優(yōu)于i.Profiler的測量，同樣二者測量結(jié)果的差異無統(tǒng)計學意義。

本研究發(fā)現(xiàn)i.Profiler存在以下不足：如不能提供眼內(nèi)波前像差值；角膜和全眼的彗差和三葉草像差需根據(jù)像差計算公式另行計算；全眼像差只提供3、5 mm瞳孔直徑下的數(shù)據(jù)；不能提供Kappa角、Alpha角數(shù)值等。本次研究也有其局限性，由于受檢者均為青年人群，屈光介質(zhì)透明，所以無法明確2種設備在不同年齡以及白內(nèi)障患者或者其他影響屈光介質(zhì)透明度的疾病測量方面的差異性。在今后研究中將擴大樣本范圍，對不同年齡段以及白內(nèi)障患者進行研究，明確其在屈光介質(zhì)不同混濁程度狀況下測量的精確性。

綜上所述，i.Profile與iTrace測量角膜和全眼高階像差均具有較好一致性，在臨床上二者數(shù)據(jù)可以相互參考；角膜和全眼高階像差均隨著瞳孔直徑的增大而增加，其中球差的增加幅度最明顯。

利益沖突申明本研究無任何利益沖突

作者貢獻聲明王梅潔：參與選題、設計，實施像差儀檢測，收集數(shù)據(jù)、統(tǒng)計處理，撰寫論文初稿。廖萱：指導課題設計及研究實施，修改論文尤其是英文部分。譚青青：參與選題、設計、資料的分析，修改論文尤其是英文部分。蘭長駿：課題總體設計、資料的分析，全面修改論文