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Study and analysis on higher-order aberration in myopia and astigmatism
Li Yuzhen，Wei Ruili，Zhu Huang，et al.
Department of Ophthalmology，Changzheng Hospital，The Second Military Medical University，Shanghai200003.
【Abstract】 Objective To analyze the distribution of the higher-order aberrations in the population of China with myopia and astigmatism，and to determine whether the pupil size，degree of myopia and astigmatism effected on higher-order aberrations.Methods 203myopic astigmatism eyes were evaluated before refractive surgery by using a Hartmann-Shack method.The root mean square（RMS）values of higher-order aberrations for each subject with pupil diameters of5.0mm and6.0mm were calculated.The subjects were divided into following groups，high myopia（>-6.00D），medium myopia（-3.00～-6.00D）and low myopia（≤-3.00D），high astigmatism（≥0.75D）and low astigmatism（<0.75D）.Results Higher-order aberrations were increased significantly with increasing pupil size.The RMS values were decreased from3rd to5th order aberrations with pupil diameters of6.0mm in the same eye.The indi-vidual difference was63times in the same type of aberration.Spherical aberration and coma aberration were affected by high myopia;low and medium myopia did not effect higher order aberrations.Astigmatism only affected the coma aberra-tion，but spherical aberration not.Conclusion The aberrations are increased with the pupil diameters，the increasing of refractive error such as myopia and astigmatism.
Key words higher-order aberration myopia astigmatism refraction occular
近年来随着角膜屈光手术的不断发展，很多人期待着视觉质量的进一步提高和超常视力的产生。屈光手术可使患者的裸眼视力明显提高，但同时也使其伴随了一些视觉上的其它问题，如夜间视力差、眩光、单眼复视等 ［1］ 。考虑主要是因为高阶像差的增高引起，于是波前像差成为眼视光学领域研究的热点。波前像差引导的个体化切削在矫正低阶像差的同时消除了整个眼球屈光系统的高阶像差，减少了上述并发症的发生 ［2］ 。为了解我国近视散光患者中高阶像差的分布情况及其影响因素，以便为进行个体化切削治疗做研究，笔者对在2004年6～12月我院进行准分子激光手术的近视散光患者203眼的高阶像差情况进行了分析，现报告如下。
1 资料与方法
1.1 一般资料 本研究选择2004年6～12月拟行准分子激光手术的近视散光患者102例（203眼），男35例（69眼），女67例（134眼）;年龄18.0～38.0岁，平均（26.1±5.3）岁。术前的验光方法:包括托品酰胺扩瞳后的检影和电脑验光及瞳孔恢复正常后的主观验光。患者分类:低度近视（屈光度数≤-3.00D）者52眼，等效球镜度数为-1.55～-2.90D，平均（-1.85±0.95）D;中度近视（-3.00D<屈光度数≤-6.00D）者90眼，等效球镜度数为-1.75～-5.90D，平均（-4.25±1.05）D;高度近视（屈光度数>-6.00D）者61眼，等效球镜度数为-6.08～-9.85D，平均（-7.63±1.10）D。高度散光组（散光度数≥0.75D）者84眼，散光度数为-0.79～-3.89D，平均（-1.52±0.56）D;低度散光组（散光度数<0.75D）者119眼，散光度数为-0.09～-0.73D，平均为（-0.37±0.23）D。患者为屈光度稳定2年以上，停戴角膜接触镜2周以上，屈光介质无混浊，无眼部其它病变;无眼部外伤和手术史。无全身结缔组织病变及严重自身免疫性疾病。除滴用散瞳剂以外，未用其它滴眼液。
1.2 波前像差检查方法 采用Zywave波前像差仪（依据Hartmann-Shack原理设计，美国博士伦公司产品）。方法:每隔5min滴用5%新福林眼液散瞳1次，共3次，用药完毕后约20min，瞳孔直径>7.0mm时，行波前像差检查。所有检查均由同一人操作，每只眼重复检查5次，最后选择原始摄图对焦最理想、中心偏位最少、低阶像差（近视和散光）与散瞳验光误差最小、高阶像差图形和均方根（Root Mean Square，RMS）值重复性最好的1次检查结果入围本次研究。Zywave波前像差仪的软件功能可以1次大瞳孔检查，显示瞳孔直径为5.0mm时总高阶像差的RMS值;瞳孔直径为6.0mm时总高阶像差和3、4、5阶高阶像差的RMS值。观察项目包括:（1）各类高阶像差的分布;（2）瞳孔大小对总高阶像差的影响;（3）近视度数对高阶像差的影响;（4）散光度数对高阶像差的影响。
1.3 统计学方法 应用SPSS10.0软件包处理数据，Spearman等级相关用于分析2个变量在数量上的相关性。
2 结果
2.1 各类高阶像差的分布 根据Zernike多项式，7阶像差中，1、2阶像差属低阶像差;3阶以上为高阶像差，以微米计算。结果显示6.0mm瞳孔时，3～5阶RMS值呈递减趋势;以3阶（彗差）和4阶（球差）为主。不同个体的高阶像差差异较大。最大值（1.94）是最小值（0.02）的63倍。
2.2 高阶像差和瞳孔直径呈正相关 随着瞳孔直径的增加高阶像差增加，瞳孔直径6.0mm时的高阶像差是瞳孔直径5.0mm时的2.1倍。
2.3 近视度数对高阶像差的影响 在低度和中度近视患者中，各高阶像差和屈光度无明显相关性;在高度近视眼中，高阶像差和屈光度有明显的相关性:r=0.636，P<0.05;其中，彗差和屈光度:r=0.396，P<0.05;球差和屈光度:r=0.273，P<0.05。 2.4 高阶像差各成分与散光度的关系 高阶像差随散光度数的增加而增加，r=0.266，P<0.05;其中彗差和散光度有明显的相关性，r=0.246，P<0.05;但球差和散光度无明显的相关性，r=0.049，P<0.05。
3 讨论
波前像差（wavefront aberration）作为物理学概念，早就受到关注，在天文学中已得到充分的应用，近些年应用于眼科学。波前像差的概念是指点光源发出光波，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，又以会聚的球面波前的形式汇集于一点。当透镜是非理想透镜时，光线不能会聚到一点，与其相垂直的波前也不是球面波前，而是形成畸变波前，这种畸变波与理想的球面波之间的距离差就形成了波前像差 ［3］ 。人眼并非理想的光学系统，所以会产生像差。波前像差是衡量光学系统成像质量的重要指标。波前像差可用Zernike系数进行量化的描述。它可将波前像差分解成一个阶像，观察每一阶像差的大小 ［4］ 。常用的Zernike多项式为7阶35项的Zernike系数，通过计算每一项波前像差的RMS，可以得到该眼整体波前像差的RMS。其中1、2阶是低阶像差，包括X和Y轴的倾斜，离焦（近视和远视）、散光，在常规验光中可用球镜度、柱镜度、散光轴表示。3阶以上为高阶像差。其中3阶像差包括彗差、三叶草，4阶像差包括球差、四叶型等，5阶像差包括次级彗差等，6阶像差包括次级球差等;用常规的验光手段无法测量。目前临床上主要采用客观或主观像差仪来测量波前像差。这两种测量方法都是基于光路追踪理论，即整合进入人眼瞳孔中的列阵光线斜率，重现波前像差平面。其基本构成包括:激光系统、透镜组、CCD相机以及进行数据处理的计算机。客观像差仪包括以Hartmann-Schack理论、Tsherning理论、Scheiner-Sminov理论为基础的客观像差仪;以及利用空间分辨折射仪，以心理物理方法测量人眼像差的主观像差仪。本研究是使用以Hartmann-Schack原理设计的像差仪，能检测5阶20项波前像差。其特征是像差可以由光线在眼视网膜反射后的波前斜率确定。一束窄激光束通过眼光学系统聚焦在视网膜中心凹，经视网膜反射后光线被相机在同一平面所捕捉从而分析出波前像差。影响高阶像差的因素包括年龄、瞳孔直径、屈光度数、眼球的调节、眼部手术或外伤等 ［5］ 。本研究中患者已除外眼部手术和外伤史。患者年龄为18～38岁，近视度数为-1.45～-9.52D，散光度数为-0.09～-3.89D。这些差异可能是本组患者个体差异的主要原因。本研究结果表明，高阶像差随着瞳孔直径的增大而增大。人眼屈光系统的成像质量主要受像差和光散射的影响，在瞳孔直径<3mm的范围内，波前像差非常小。但当瞳孔较大时，明显的周边像差及光散射将相互作用，严重影响视网膜成像质量。研究证实，散瞳条件下整体像差高于小瞳孔整体像差，且散瞳下高阶像差对成像质量的影响明显高于小瞳孔。瞳孔大小的变化直接影响像差的测量结果。临床实践也验证，准分子激光治疗近视中，当角膜切削区较大时，夜间视觉质量明显改善，眩光和光晕的发生率明显下降 ［6］ 。文献报道视觉质量随着近视度数的增加而下降，在高度近视患者中彗差更多见 ［5］ 。本研究结果显示>-6D的近视度数影响高阶像差及彗差、球差，呈正相关性。但中低度近视度数与高阶像差无明显相关性。散光度数对高阶像差及彗差有影响，但不影响球差。散光度数明显与彗差相关联。波前像差引导的个体化切削（Wavefront aberra-tion supported customized ablation，WASCA）是目前准分子激光领域中探讨的热点。由于传统的激光角膜屈光手术后眼像差增加，近视患者术后在视觉质量方面常有这样那样的主诉。于是许多学者提出了“个体化切削”。个性化切削是指针对患者的个体差异进行针对性的激光切削。目前个性化切削可以包括两个含义，其一就患者特有的波前像差进行针对性的切削，达到既矫正传统意义上的屈光不正还矫正高阶像差，使得患者术后可以获得超常视力。其二是指就患者激光术后继发的波前像差进行针对性的矫正，改善术后的波前像差，提高视力。波前引导的 切削手术可以降低高阶像差。2000年Mrochen ［7］ 首先报道了3例波前像差引导的个性化切削，术后3个月2例20/10，1例20/12.5，获得满意的结果。Castanera ［8］ 对近视眼LASIK术后13例患者存在屈光不正的21眼行Zyoptix波前引导下的个体化切削术。结果患者术后的低阶像差RMS值仅为术前的1/5，高阶像差RMS值为术前的1/2。术后患者的视觉质量明显提高。本研究发现了正常近视散光眼像差的高阶像差的分布和影响因素。认为在治疗高度近视、高度散光或大瞳孔的患者时，更应考虑使用波前像差引导的个体化切削。不过，是否每一个体均能从个体化切削中得到更好的视觉质量还需进一步研究和探讨。
参考文献
1 Mrochen M，Kaemmerer M，Seiler T.Clinical results of wavefront-guided laser in situ keratomileusis3months after surgery.J Cataract Re-fract Surg，2001，27:201-207.
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4 Huang D.Physics of customized corneal aberration.Horofare:SLACK，2001，51-62.
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7 MrochenM，KaemmererM，SeilerT.Wavefront-guilded laser in situ ker-atomileusis:early results in three eyes.J Refract Surg，2002，1692:116-121.
8 Castanera J，Serra A，Rios C.Wavefront-guided ablation with Bausch and Lomb Zyoptix for retreatments after laser in situ keratomileusis for myopia.J Refract Surg，2004，20（5）:439-443.
作者单位:200003上海第二军医大学长征医院眼科