波前像差和调制传递函数MTF在屈光手术视觉质量评价中研究(可编辑)

波前像差和调制传递函数MTF在屈光手术视觉质量评价中研究(可编辑) 波前像差和调制传递函数MTF在屈光手术视觉质量评价 中研究 学校代码: 分类号: 学 号: 密 级:加密年 学位类别: 科学学位口 专业学位口 夭滓酱科矢峥 博士学位论文论文题目:波前像差和调制传递函数在屈光手术 视觉质量评价中的研究 婀 一级学科:临床医学 二级学科:眼科学 论文作者:王雁 指导教师:赵堪兴教授 天津医科大学研究生院 二九年六月 1学位论文原创性声明 本人郑重声明:所呈交的论文是我个人在导师指导下独立进行 研究工作取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容和 致 谢的地方外,论文中不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过 的研究成果,与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在 论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名: 日期:叫年石月粕 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解天津医科大学有关保留、使用学位论 文的规定,即:学校有权将学位论文的全部或部分内容编入有关数 .据库进行检索,并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以 供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文,并编入 有关数据库。 年解密后适用本授权书。 保密团,在 本论文属于 不保密口。 知‘请在以上方框内打“?弦 作者签名: 日期:刎年‘月阳 导师签名: 日期:州年‘月阳 2天津医科大学博士学位论文 中文摘要 第一部分表层切削术后角膜上皮下雾状混浊对高阶像差和 光学质量影响的研究 目的:探讨准分子激光表层切削手术后轻、中度角膜上皮下雾状 混浊 与高阶像差分布特性的关系。 方法:选取准分子激光角膜切削术手术个月发生眼只,无 眼只。应用心理物理像差传感器测量波前像差。 .获得 角膜地形图、点扩散函数、调制传递函数等光学图像。 结果:组总的高阶像差略高于对照组,但是两组之间差别无统计 学意义。 组眼的彗差第三阶像差较对照组高,而球差第四阶像差低于对照 组。第三阶、四阶、五阶、六阶和七阶像差值两组间差别均无统 计学意义 产.,..,..,..,..。 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 各系数,发现垂直彗差以和 水平彗差在组分别为.和.,大于对照组的.和.,两 组间差别无统计学意义.,.;.,.。球差在角膜组 为.小于对照组的.,尽管两组间差别无统计学意义。 结论:术后有眼光学像差对高阶像差的数量和质量具有特异性影响。 激光切削后有眼彗样像差较高,可能与角膜不平整有关,而球差较少可能 与组织重建和基质增厚有关。 关键词:高阶像差;光学质量;屈光手术 3天津医科大学博士学位论文 第二部分暗光下近视眼高阶像差与低对比度视力关系的研究 目的:分析暗环境下近视眼高阶像差与低对比度视力功能的关系,明确影响暗 光下低对比度视力的主要像差成分,为屈光不正的矫正提供理论依据。 方法:选取屈光术前病人人,眼,男性人,女性人。平均年龄. .岁~岁。近视球镜度为....~..,柱镜度为 ...?. 。在暗室内,应用基于.原理的波前像 差仪测量人眼波前像差,在相同环境下,应用多功能视力测试仪分别测量对比 度为%,%,%和%四个不同对比度下的视力。统计分析应用多重回 归分析高阶像差与各种对比度下的视力。 结果:.多重回归分析高阶像差各项与低对比度视力相关性:回归方程: %对比度时,..一.%;%对比 度时,..口%;%对比度时, ..口.%;%对比度时,没有任何一项高阶像差 纳入回归方程。相关系数显示球差与%和%对比度视力具有明显相 关性,且关联具有统计学意义.和.,.和.,与%和 %对比度视力相关性无统计学意义.和.,.和.;口 仅与%对比度视力关联并具有统计学意义.,.,与其他各对 比度视力关联均无统计学意义.;仅与%对比度视力关联具有统计 学意义..,.。 .多重回归分析高阶像差各阶与低对比度视力相关性:回归方 程:%对 比度时,..%;%对比度时, ..%;%对比度时,... %;%对比度时,...%。 相关系数显示与%,%,%和%四个对比度视力关联均具有统计学 意义.,.,.和.,.,.,.和.。 结论:球差与球样像差与低对比度视力具有明显相关性,其相关 4天津医科大学博士学位论文 强度随对比度的降低而增大。提示球差越小暗光下低对比度视力 越好。反之, 可能会降低低对比度视力。 ’ ‘ “ 关键词:对比度视力;高阶像差;近视 5天津医科大学博士学位论文 第三部分基于波前像差的调制传递函数在角膜屈光 手术视觉质量评价中的研究 目的:应用调制传递函数探讨准分子激光角膜切削术后与 .的视觉质量的变化及像差对光学质量的影响。 方法:前瞻性对照研究。?原理的波前像差仪分别对准 分子激光角膜切削手术组及波前像差引导的. 组手术前、后测量,应用光学系统的对视觉质量进行评估和分析。 结果:与手术前比较,组与组的在各个空间频率./ 均有明显提高,均.。手术后各空间频率段去除高阶像差项 项以上后明显提高.,其中以/、/等空间频率最明显, 而在/空间频率去除球差时明显提高产.,.,去除彗差 升高不明显。,,, 不同瞳孔直径下值随瞳孔直径增大而降低。 .与标准比较,量有所增大,但不具有统计学意义, .。但去除高阶像差后各空间频率段,尤其中间频率/,/出现 明显差别,.。 结论:标准与.手术后光学质量较术前明显上升,但手术后 高阶像差特别是球差对的影响不容忽视。引导的手术具有一 定的潜在应用价值,需要进一步的研究。对评价角膜屈光手术后 光学质量 的判断具有一定的实用价值。 关键词:调制传递函数:准分子激光原位角膜磨镶术;光学质量 6天津医科大学博士学位论文: ’‘ : . : .’ . ..: 哺.. 伪, ., ? ,..,.. ,..,.., ,,,,. .,. .,...;...,, ., . .: .,: 】喀 ; ; 7天津医科大学博士学位论文 : ? ??巴. : , .? ? . ?曲 % %, %,%?.:、撕 . . . % ,. %, %妒 伍. % .,.,.. ’妒.. 伊.. : ? , . . , . ?? : ; : 8 ,,加 . : ,/,../.. ? . 嬲. : ,行.. : : : 9天津医科大学博士学位论文 目录 中文摘要 符号说明前言? 月舌“‘?“ 研究现状、成果? 研究目的、方法? 一、表层切削术后角膜上皮下混浊对高阶像差和光学质量影响的 研究 .对象和方法.结果.讨论 .小结 二、暗光下近视眼高阶像差与低对比度视力关系的研究 .对象和方法? .结果? .讨论 .小结? 三、基于波前像差调制传递函数在角膜屈光手术视觉质量评价中 的研究 .对象和方法??一? .结果? .讨论 .小结 结论 参考文献发表论文和参加科研情况说明附蜀毛?”?..??”综述?? 一??“一 人眼视觉成像质量的测定及评估研究进展? 综述参考文献 致谢“?一?一 10天津医科大学博士学位论文 符号说明 英文缩写 英文全称 中文全称 自适应光学.. 对比敏感度 对比敏感度函数 高阶像差准分子激光原位角膜磨镶术 调制传递函数光程差光程长度美国光学学会光学传递函数 光学像差指数 点扩散函数 位相传递函数准分子激光角膜切削术 湖均方根波前像差引导 ?天津医科大学博士学位论文 刖吾 研究现状、成果 在上世纪末本世纪初,视觉光学最重要的突破是现代波前像差理论及基于 波前像差理论的一系列应用。 ? 现代的视光学进展改变了许多人们对人眼视觉光学现象的认识。以往人们 ? 对视光学的认识仅局限于近视,远视和散光,而对波前像差的认识仅是在传统 光学理论的基础上,例如像差球差,彗差,像散,场曲,畸变等传 统的光学像差,极大程度限制了人们对人眼像差的认识、测量乃至矫正。 年和首次报道?用.波前感受器测量人眼屈光系 统整体像差的结果,并在实验室通过自适应光学系统有效的矫正了高阶像差, 这一研究成果引发了一系列对视觉的深入认识和探索。 人眼虽然经过不断的进化,作为光学系统已日趋完善,但尚存许多缺陷。 一个理想眼睛要得到完善的视网膜像必需具备以下特点:?从远 处物体发出的 光线通过瞳孔会在视网膜上会聚一点。?通过瞳孔出入的所有光线从物点到其 像点的光学距离相同。?由此理想光学系统产生的光的波前面为球面形状。即 在理想成像情况下,点光源经过光学系统后所成的像应是以理想像点为中心的 球面。但实际上,从黄斑中心凹发出的光波经过瞳孔时,其波前形状并非理想, 实际波面与理想波面存在距离。为此,将人眼波前像差定义为:来自黄斑处发 ,。 散出的理想波前与实际波前的光程差 从视觉光学角度讲,波前像差比屈光不正更细致地描述了成像偏差。屈光不 正是从几何光学出发,假设通过人眼屈光介质后汇聚成一个焦点近视、远视 或角膜各径线上屈光力相同;波前像差则从波动学出发,描述的是瞳孔区上每 一点波前与理想波前之光程差,而在视网膜成像时不是聚焦一点而是弥敖斑。 随之产生的基于波前像差技术矫正人眼的视觉被认为是近年来 视觉领域的 “【~ 一场革命。虽然早在十七世纪及最先报道了人眼做为光学系统 和其它光学系统一样具有像差并使视网膜成像及分辨力降低,但由于检测技术 的限制及矫正手段的局限,使人眼的视觉矫正始终停滞在球、柱镜等低阶像差 矫正长达年。直至近世纪,由于波前像差及其相关技术终可有效的捕捉到 人眼的更高阶像差,特别是可通过自适应光学手段使之部分矫正,极大的促进天津医科大学博士学位论文 了波前像差技术的迅速发展。目前,人眼波面像差技术及相关研究已渗透到眼 科及视觉矫正光学的各个方面,是眼科与视觉光学领域的前沿领域。其中,波 前像差引导的角膜屈光手术就是其重要的临床应用。 在临床上,以往评价人眼视觉质量和视网膜的成像质量多以视力 、对比敏感度函数 等方法,由于该 ? 类方法检测的是外界物体经眼球光学系统成像,再经视路和大脑皮层的整合后 所成的像质,包括视锥细胞和神经系统作用。两种方法都是主观的评价手段, ? 需要患者的参与;对比敏感度函数虽然可以反映出人眼对不同对比度的敏感性, 但由于它是眼球纯光学的对比敏感度与神经视网膜系统的对比敏感度的总和, 因此眼球的光学变化和神经视网膜系统的光学变化均可引起曲线变化。 随着新一代视觉矫正技术的出现,特别是屈光矫正手术的普及,有关由于 人眼光学系统的变化直接形成的视觉质量的临床问题备受关注,与视觉质量直 接相关的视网膜成像已成为研究的焦点。目前在波前像差在视觉领域应用扩展 的基础上,人们开始建立新的视觉评判方法和标准, 在年 提出应用最佳视觉评判方法,提出应用点扩散函数的斯特尔比率最大化的确定 视觉矫正。同年提出应用./空间频率范围内的调制传递函数最大化 来确定视觉矫正。至此,以波前像差为基础的对视觉质量的评估和矫正已成为 视觉研究领域的重要进展和研究热点之一,也是本研究的主要内容和目的之一。 ‘‘?~ 波前像差 研究目的、方法 一方法 由于人眼结构的原因,在眼的内部测量像差不十分方便,目前多是测量出 天津医科大学博士学位论文 瞳处的波前像差。为了定量描述,常将瞳孔区上确定坐标系。以人眼入瞳面的 圆心为原点,水平轴指向右方,轴指向上方。从黄斑中一二位置发射的光波 沿轴方向传输。 参考平面 波前像差 匿孔平面 波前像差描述 目前像差的表示方法多应用数学方法。由于人眼像差的测量实为波前在不同 瞳孔位置上相对于一个平面波高度离差程度的函数,即波前像差是位置坐标的 函数,因此应用数学多项式可将其展开,有利于描述和分析。数学 多项式形式 有多种,有多项式,幂级多项式,傅立叶多项式及多项式等。目 前应用较多的为多项式的拟合表示法和傅立叶表示法。 一表达:基于荷兰物理学家 .建立的光 学像差数学模型用以描述波前像差数据。多项式是正交于单位圆上的一 组序列函数,由于人眼的像差图形并不完全规则,以往像差只能描述旋 转对称,而多项式可将其分解成一些基本的图形组合,即可将人眼复杂 的像差形状分解成基本的形状组合,有利于像差的描述。 多项式可因其不同的归一化因子和排列顺序而表达不同。因此,在早期,相同的像差表达各不相同。近年来,美国光学学会认?吼 、 予以统一,有单指数表达单下标和双指数表达双下标 两种睇。 .双指数表达法双下标多项式:是以极坐标形式定义在单位圆 上的区域。由于眼睛的出射光瞳是圆形,因此在极坐标下讨论问题相对方便。 每个多项式均由三部分组成:归一化因子、极半径分量和轴角分量。 天津医科大学博士学位论文 极半径分量是多项式,而轴角分量为正弦曲线。 极坐标中,表示到的半径坐标单位圆极坐标,表示~‘的 方位角到?的轴角。 釉,臀黧篙名捌 其中,为归一化因子,表达为: ? 一 彬表达式为: 。 一驴? 一 卵 川荟 双指数描述可以较精确的描述诸多像差。指数描述多项式的阶项, 表示半 径坐标的最高次,而指数描述轴角方位角的频率,指像差类型重 复的次 数从到。,例如,散光士,三叶草士。 例如:散光:用多项式双指标描述为土 垢,? 中,?否为归一化指数,下方为,代表半径坐标的最高次为次, 即阶次为第二阶。上方为,代表轴角频率为次。 『、 彗差:多项式~、,代表半径坐标最高次为,轴角频 率均为次,一表示轴角为,表示为轴角为。 其中 垂直彗差 。瓶一? 水平彗差 ??? 天津医科大学博士学位论文 翩殂 ?????? 一 孚望一一? ?一 .血,, 佃 口? 细, 柚产?, ??目? 四 一??目? , 一日?囵?? 口口口囵口?? 双指数的多项式的 由于多项式在单位圆上正交,对应项的系数独立,所有 多项式可以拟合任意点的任意像差,并表示成多项式的线性组合: 天津医科大学博士学位论文 , ?,:??, 厶 此外,多项式也可以用直角坐标形式表示出来,极坐标与直角坐 标转换为: 厂? ‘ / ,附表列出了多项式单、双指数在极坐标的具体表示形式。 .多项式系数.由于多项式可以对不同类型的 像差拟合,人眼的像差实为其瞳孔区的各类型像差的组合和扩展 。其中,每一类型的项有其权重,用系数表示, 单位是微米 。它可以描述任何组合后的量纲。因为在波前像差 中 会因方向不同而出现正负值,如果简单的算术组合会因正负值而 相互抵消。 .多项式分级?阶,代表像差的等级。表示波前像差面偏 离瞳孔中心的径向距离。零阶通常不被包括。因为它对图像质量 没有影响。第 一阶为线性表示棱镜,只代表倾斜,与眼睛的位置有关,与眼睛自身的特性无 关。第二阶为二次方程,表示球镜和散光。之后阶越高,根据多项式, 值越小,但描述的更细节,增加多项式的阶数可以更加准确的描述波前像差的 形态。 二傅立叶表达法【】 应用傅立叶数学表达法来分析光学现象,命名于法国著名的数学家和物理 学家 ,?。它的基本核心理论为任何一函数均可用一系列具有一定周期或频率的三角函数的级数形式展开。通过分解和 组合,可以将较复杂的光学信息转化成相对简单的形式。与表达法一样, 可以将人眼的波前像差进行重构。它的特点是计算较快,相对精确。与 不同的是,描述的是圆形平面,可对矩形进行描述。 下图显示方波可用许多不同频率的正弦波个表示出来。值得注意的是, 正弦波频率越多,描述的形状越精细,因此,具备较好的波前细节刻画能力。 眼瞳 用傅 互换 断。 三 多项 的鬲阶像差,由于高阶像差的影响,司能就存在一定差异。如果禹 焦是像 差中仅存的因素,即 衅一?墼 ‘ 如果有其它像差存在,代表大致的等效离焦程度。如果已知波前 像差值, 根据系数值和瞳孔半径,可得出相应的球镜、柱镜和轴径, 妒筚一型鲤:盥: 一垢??研 、一 尺 :甜嬖 天津医科大学博士学位论文 根据波前屈光的球、柱镜也计算出相应的系数值, 兰 一 一一 ‘ 一 ? 一却 觚 本研究采用 苣国光学学会给出的视光光学领域规定的描述眼睛波前 像差的坐标系 。其中、轴的方向如 图所示,由视网 啪咖譬讹刚酬 ‘,‘ 妙 础船 埯‖亿毪秒 \ 糊 、、?/ 甩 嘣懵 断和视觉矫正的探索。在视觉诊断矫正方面,需要对正常眼波前 像差特性及手 术前后像差变化特点进行研究,以达到更好的矫正效果,在视觉 矫正方面,需 要了解和掌握各种矫正手段和以波前像差为基础的个性化矫正 效果,同时各种 矫正效果又是通过准确的视觉评估.视觉质量来体现的,因此,两者密不可分。 本文围绕波前像差这一主题,运用现代视觉光学理论和相关技术,对近视 眼手术前后的波前像差特性和波前像差为基础的个性化手术矫正等方面进行了天津医科大学博士学位论文 研究。第一部分针对准分子激光表层切削手术后可能出现的角膜上皮下雾状混 浊分析了高阶像差在分布特性及对视觉质量可能产生的影响。 第二部分探讨了近视眼在暗光下高阶像差与低对比度视力之间的关系,寻找可 能影响手术后夜间视力和视觉质量的光学基础,以期能有效的控制光学并发症 的产生,第三部分利用.波前像差技术,应用光学传递函数中调 制传递函数 ,结合临床数据,计算了手术前 后屈光系统的值的变化,准确客观评估了光学成像系统的视觉质量,减少 了主观的不稳定性,以此分析了不同像差内容对视觉质量的影响。为临床屈光 不正的有效矫正提供理论依据。 天津医科大学博士学位论文 第一部分表层切削术后角膜上皮下雾状混浊对高 阶像差和光学质量影响的研究 目前,准分子激光角膜表层切削术由于可避免因角膜瓣引起的一系列并发 症等优势而重新被受到关注。首先,表层切削术避免了手术刀带来的风 ?噍 险,如:瓣相关并发症、干眼、、手术并发症等。术后很少发生由角膜不 稳定引起的医源性角膜膨隆如:薄角膜,角膜病理改变,部分圆锥角膜。 另外,有文献报道,个体化术后可较产生更好的光学质量【。像 一样,术后对病人视觉质量有长期影响。 然而,角膜上皮下雾状浑浊是准分子激光表层切削术的严重并发症之 一。过去的几年,在化学与组织学水平被广泛的研究,最终被归为上皮细 胞增生肥大,在伤口愈合过程中新合成胶原蛋白和蛋白多糖造成的?。 被认为主要影响角膜的透明性,与屈光回退高度相关【协射。有研究【每 】认为, 是术后引起视觉质量如对比敏感度下降的主要因素。因此,有必 要将 引起的该类手术的视觉障碍的原因搞清楚,以便能有效的避免。因为手术的目 的不仅仅是提高裸眼视力,更重要的是拥有更好的视功能。 许多研究显示角膜屈光后手术带来了波前像差的增加【’。一些研究对手术 导致的波前像差对视觉质量的影响进行了评价,最主要的影响是降低低对比视 锐度【。上皮下的形成或许是手术导致像差增加的原因之一。目前,像差 测量技术的提高帮助识别并测量出人眼光学像差。但是,波前像差与角膜 的关系尚有一些问题有待解答。 本研究中,术后有明显者接受高阶像差检查,同时分析对 波前像差的具体影响。另外,我们试图探讨角膜与高阶像差分布的关系。 .对象和方法 ..研究对象 术后多例患者。例眼患者中,只眼程度级 级,其余只眼程度级。组患者年龄岁平均.岁,受 控组年龄~岁平均.岁。 组术前屈光不正度:球镜度一.~.,平均.,柱镜度. 天津医科大学博士学位论文 一.,平均.。受控组屈光不正与组接近:球镜度.?一., 平均一.,柱镜度.?一.,平均.。所有患者术前经过一系列复杂 检查,包括裸眼视力,最佳矫正视力,裂隙灯检查,角膜地形图检查,眼底检 查。除术前屈光不正外,所有患者无任何眼疾。 ..方法 『 所有术眼经 ‘/ .进行角膜地形图及波前像差分析。 手术在天津医科大学眼科临床学院,天津市眼科医院进行。使用 五 ?,,准分子激光治疗机,由同一比较有经验的手 术医生完成。激光波长 ,能量速率. /,发放频率每秒 , 光区大小设为直径. /,周边过渡区.。术中用机械刀刮出角膜上 皮后进行激光切削。术后第一个月.%泰利必妥及.%氟美童每天使用四次, 以后逐月递减共使用四个月。 裂隙灯观察角膜上皮下雾状浑浊程度,共分为五级:级,角膜透明; 级,轻微;级,轻度;级,中度;级,明显.分类。使用光迹追踪技术苏州, 对波前像差进行检 查。既往有文献报道使用类似心理物理光迹扫面技术。 .波前 像差仪同时可以提供、 光学图像及瞳孔直径以供分析。 术后个月检查波前像差。所有检查均在暗室、瞳孔处于自然调节 状态下完成。瞳孔直径通常稍大于,因为屏幕非常暗视网膜照度小于 。小于瞳孔的测量值被排除。 。结果 图.显示人眼的术后波前像差结果。在此图中用圆点描绘了波前 像差均方根值与对应眼的序号。总的像差包括散光和~阶高阶像差, 由红色实心圆表示;高阶像差仅包括?阶高阶像差,用绿色实心圆表示。眼 的序号按总波前像差值的大小从小到大排序,轴表示波前像差值, 轴表示眼的序号。左边的面板表示角膜组眼,右边的面板表示对照组眼。 从图.可以看出,组和对照组的波前像差均有明显的个体差异。总的像 差变化范围在角膜组是.~.,对照组是..;高阶 像差的变化范围在角膜组是.~..,对照组是.~.。‘,,天津医科大学博士学位论文 一 ? 仉 ?..回篇??霸参?仉 一薯 量?毒??天津医科大学博士学位论文 项系数差别无统计学意义。 三阶和四阶项系数的均数带符号显示在表.,此处也包括两组 间的检验。结果发现各项两组间的差别无统计学意义。 表. 术后组和对照组各项系数的绝对值比较 ~ 一 , 表. 术后组和对照组各项系数的比较 天津医科大学博士学位论文 .讨论 或许我们的研究是首次对术后有眼进行波前像测量。总体来说, ’ 发生在两个阶段。第一是早期阶段:术后两周之内。第二个是晚 期阶段: ? 发生于术后个月之间,裂隙灯下角膜通常呈灰白色样改变。我们通常提到的 、 就是这种能影响角膜透明性的。 以往许多相关的研究均假设会引起像差的增加并且是影响视觉质量的 主要原因【彩。虽然有大量对及视功能的评价,但很少是关于光学系统质 量的影响。光学系统的质量可以通过不同但相关的途径描述。其中,一种途径 是用点或者光线等简单的几何图形描述图像的具体形状。在图像平面的光线分 布图被称为点扩散函数。另一种方法是通过光学像差描述光学质量而不 是通过这些像差对图像质量的次级效应。这种描述推测术后的出现 更易于引起像差。我们测量全眼光学系统的像差,该方法与图像质量和视觉质 量直接相关。本研究眼高阶像差的较术后值偏高,但差异无统计学 意义.。这提示:轻中度对光学像差的影响比预期值小。 我们的结果与既往一些其它视功能检测结果一致。有研究显示: 视觉质量 与数量成负相关。并非是构成持续视力障碍的主要因素【】。 分析单色波前像差主要由角膜和晶状体表面不规则、角膜与晶状体光轴不 在一条直线、角膜与晶状体之间像差不均衡引起。激光切削角膜表面或许会打 破角膜与晶状体之间的像差平衡,可能同时会引起角膜前表面不规则性增大。 由激光手术导致的波前像差的数量取决于多种因素。这些因素可能包括术前患 眼像差水平、切削深度、手术操作系统、手术医生的经验及等。 正常角膜可见是由于存在表面反射和后散射而被仪器检测到。既往有研究 根据兔眼模型的结果,提出一种新的复杂的形成理论,主要是由于激 光切削术后愈合反应中角膜细胞增生,反射增强。人眼的共聚焦显微镜观察结 果显示:愈合过程中角膜细胞对光反射的增强是的主要构成因素。因此, 角膜的外观是由表面反射及后散射共同决定的【卯。视觉质量,尤其是低对 比敏感度受波前像差影响【,因为可影响点扩散函数而使视网膜 成像质 量下降,因此,降低了视网膜平面图像的对比度。天津医科大学博士学位论文 目前的研究,组较受控组低,表明组具有较少的球面像差。 一些研究表明,术后平均球面像差系数增加,所有角膜中央成非球面,其 一一 光学轮廓由扁球形转变到椭球形。 . 这个研究结果与人眼组织形态学研究结果相一致。组织学研究】显示: 角膜由角膜上皮细胞增生、新合成胶原蛋白和蛋白多糖引起,这些胶原蛋 白主要由型胶原构成。基质的愈合和重塑引起基质逐渐增厚,尤其在激光切 削区角膜中央区。正常角膜是非球面的,周边曲率小于中央曲率,这可以部 分补偿球差。近视眼术后,周边角膜相比中央变得更陡川。然而, 区新合成的胶原纤维造成了激光切削区的增厚,对手术后新增像差的影响较少, 可以说基本上无影响。 另外,组高阶像差中彗样像差较对照组稍高,尽管差异无统计学意义。 系数分析显示:。与较对照组增高,或许与轻微角膜不平整有关。 彗差二维图像是两部分的不平整,凸向相反方向。大部分在手术切削区均 匀分布,但术后长时间随访结果显示并不均匀。角膜的不平整会导致在瞳孔区 域出现大小和方向不一致的像差。这与显示的角膜地形图不规则反射一 致。 根据本研究结果,术后角膜上皮下混浊会对高阶像差的大小和类 型具有不同程度的影响。它是否会导致视觉质量的下降还需进一步研究。 .小结 .本研究探讨准分子激光表层切削手术后轻、中度角膜上皮下雾状混浊 与高阶像差分布的关系。 .在组较无组低,表明组具有较少的球面像差,但彗 差相对较高。 .轻中度对光学像差的影响比预期值小,视觉质量与数量并非 成正相关。提示轻、中度并非是构成视力障碍的主要因素。 天津医科大学博士学位论文 第二部分暗光下近视眼高阶像差与低对比度视力关系 的研究 近年来,人眼波前像差测量技术的最新发展引发视觉工作者对人眼光学像 差对视觉质量的影响的一系列研究和探讨【,。视觉质量的评估有多种方法。低 对比度视力的测试是反映人眼对不同空间频率,不同对比度的正弦波的辨别能 力。一些临床研究显示低对比度视力的检测是一种较高对比度视力更敏感的测 量细微视功能特别是屈光手术等特异性变化的方法【’。 随着角膜屈光手术的不断发展和波前像差引导的个体化手术的开展,越来 越多的人关注手术后视觉功能问题。了解和掌握高阶像差对视觉质量的具体影 响已成必然。有关角膜屈光术后的高阶像差以及手术后对比敏感度与像差变化 的研究已有不少文献报道【】,但多基于亮光条件下。由于人眼在明和暗环境 中不同对比度时视力是不完全相同,即使是在相同对比度下,明环境中的视力 也不同于暗环境中的视力,明显受环境照明及对比度差异的影响,而手术后患 者出现的光学并发症如为夜间视力障碍,因此,了解不同照明情 况、不同对比 度下视功能就显得十分重要。 目前波前像差和低对比度视力的关系如何尚不十分清楚,高阶像差是否对 低对比度视力产生影响了解正常眼波前像差和低对比度视力的固有关系亟待 解决。】等报道角膜前表面像差与视觉质量具有明显相关性。】 曾研究了正视眼人群亮光下波前像差与对比敏感度的关系。那么在暗光下对于 非手术近视眼高阶像差对低对比度视力的影响又如何呢迄今为止,有关近视 眼人群暗光下高阶像差与对比度视力关系的研究尚未见报道。为此,本研究就 一组近视人眼的全眼波前像差和高低各对比度视力进行了测量并予以分析,探 讨和了解正常近视眼高阶像差对低对比度视力的影响规律和可能存在的关系。 .资料和方法 ..研究对象 收集年月至年月拟在天津市眼科医院屈光手术中心进行屈 . 光手术者,近视散光患者共人男性人,女性人,平均年龄. 岁.岁。均无任何眼病、外伤或角膜屈光手术史。角膜透明无云翳或斑 天津医科大学博士学位论文 翳,无圆锥角膜或隐匿型圆锥角膜倾向,配戴角膜接触镜者软镜摘除一周以上, 硬镜摘除两周以上。非接触眼压测量.,最佳矫正视力?.。为排除 测量误差,每一研究对象均取其右眼共只眼。平均球镜度.士. .. .,平均散光度..士..?.. 。暗室中适应分钟后测量波 前像差,瞳孔直径平均为....。 ..仪器与检查方法 ...波前像差测量 八 波前像差应用波前像差测量仪 进行测量,其原理是基于传感器的客观像差分析仪。嘱患 者在暗室中适应分钟,瞳孔自然放大状态下测量,每眼测量~次,选取重 复性较好的次测量结果,取其平均值。每一项高阶像差均采用多项式 的系数表达,均方根 为其总和量,单位为微米。每一 项的描述均采用美国光学学会标准以双指数表示。 一 , 、 , .嚣嘏 』 . , 班 ‘ 囵 曰波前像差测量的基本原理图 .. 国 理的 目的 错误 % 动弹 母显 景选 测试 测量 视力 .. 所有检测对象除进行波前像差和高低对比度视力测量外,还要进行裸眼视 力、电脑验光、散瞳主觉验光、检影、最佳矫正视力等检查,同时进行裂隙灯、 眼底检查、眼压测量及角膜地形图检查以排除可能影响结果的眼部疾病;有眼 部明显异常者排除于本研究对象。 . ..数据分析 应用统计软件.版进行数据处理。各对比度下的视力换算成 视力表达法。应用多重线性回归分析逐步选择法找出各像差模型和 各高阶像差值中可明显影响各对比度视力的变量,并对这些变量与对比度 视力间的相关性进行相关分析。以.为差异具有统计学意义。 .结果 ..波前像差和各对比度视力分布 各项的均值和标准差分布见图.。总的高阶像差值平均 ..,第至第阶平均值分别为..,.. ,. 士.和.士.。各对比度视力分布见图.。图.显示随着对比度 的降低,视力呈线性增大,低对比度视力减低。 天津医科大学博士学位论文 , 芝 匣图. 各项分布情况 薹 蔓 呈 图.各对比度视力%.%分布情况 ..高阶像差各项与各对比度视力的关系 应用逐步回归分析法了解影响各对比度视力的主要像差因素,结 果见表.。 ,,, 对%对比度视力,和显示出与视力的明显相关性,其中乙与天津医 科大学博士学位论文 视力呈正相关.,.,而则为负相关产..,.。对 / %对比度视力,仅显示出对视力的明显影响.,.。对% ,厂’ 对比度视力,乙。和乙显示出对视力的明显影响,其中相关系数分 别为. 和.,.和.。对%对比度视力,高阶像差各项均对其无明显 影响。提示高阶像差各项对高对比度视力影响较小。 表.高阶像差各项与不同对比度视力的回归分析 入选标准:.,剔除标准:.;回归方程检验标准:. 天津医科大学博士学位论文 表.高阶像差各项与各对比度视力的相关性 ??????????????一???????一 % % % % ? . .. . .. . . .. .?. . . . .. ... . .. ?. . .. .. . ,‘ . . . .. .. . . . . . . .. . . . .. .. . . . .. .. .. . . . . .. . . . ..幸. . . .. .. . . . .. . . . . 呵口口口 . . . .. . .. .. . .. . .. . ... . . . . . . . . . . . . . . . . . 。 . .. . .. . . , 幸幸表示. ?表示. 结果显示,球差与%和%对比度视力的关联具有统计学意义。球差 与%和%对比度视力线性回归及散点图见图.,.。天津医科大学博 士学位论文 皇譬墨?苗曼?摹??品蠹嗣 图..球差与%对比度视力的线性回归及散点图 扫譬一矗象苫茜矗暑摹??磬量 图..球差与%对比度视力的线性回归及散点图 ..高阶像差各高阶与各对比度视力的关系 应用逐步回归法分析高阶像差各高阶与各对比视力的关系,结果见表 .。从表中可知是高阶像差各阶中唯一可影响对比度视力的因素。其回归系 数随对比度的降低而增加。相关系数见表.。其相关系数并未呈现随对 比度降低而增大的趋势,说明可能还受其他因素影响。天津医科大学博士学位论文 表.高阶像差各高阶与各对比度视力的回归方程 入选标准:脚.,剔除标准:趁.;回归方程检验标准:. 表.高阶像差各高阶与各对比度视力的相关系数 % % % % 苎 卫 卫 卫 . . . . . . . . .. . 奉幸. . ?. .. . . . . . . . . . . . . . . . . ?幸表示. 宰表示. 球样像差与各对比度视力的线性回归及散点图见图.?。 茸弓譬蓦?摹甾霉菪幂”??&? ’ 伪 曲 图.一球样像差与%对比度视力的线性回归及散点图天津医科大学博士学位论文 茸葺。矗量磊苫盘五。誉??肄哥茸 性回归及散点图 . 图..球样像差与%对比度视力的线性回归及散点图 扫鼍譬亭?零?黑摹??嚣昌茸 图.球样像差与%对比度视力的线性回归及散点图天津医科大学博士学位论文 .讨论 一般情况下,人们通常选择亮光下高对比度视力作为测量视觉质量的指标, 但有研究指出暗光下低对比度视力是较亮光下高对比度视力更敏感的测量指标 。以前的许多研究表明在暗光下测量对比度减低的视标对了解视力损害更敏 感。也曾指出对于视网膜成像质量的细微差异,暗环境下低对比度 视力的测量较亮光下高对比度视力更加敏感【。分析可能是由于在暗环境生理 瞳孔增大条件下低对比度视力表较高对比度视力表包含较少的其它的空间信 息,以致光学像差作用凸显并降低了视网膜图像质量。研究显示,屈光手术后 对视觉质量改变的评估,低对比度视力的测量较亮光下高对比度视力更加敏感 即。有人认为,检查轻微的视力损害,可用低对比视力检测,例如角膜屈光手 术后,而对白内障等较大的视力变化,可应用%的视力检测方法。 低对比度视力结合低空间频率或高对比度测量可用来表示对比敏感度函数 。对比敏感度函数包含两个参数:空间频率和对比度。通常测量对比敏感度 有两种方法:一是保持空间频率不变而改变对比度;另一种是保持对比度不变 而变化空间频率。后者低对比度视力通常可较对比敏感度条栅测 量提供更 加可靠的结果。?。另外,由于低对比度视力测量与视力测量相似更容易被理 解,临床可操作性和实用价值更强。有研究显示低对比度视力与条纹对比敏感 度测试有较好的一致性【。 本研究分析了暗光下眼睛高阶像差对低对比度视力的影响,发现球差与球 / /. 样像差可明显降低低对比度视力。从回归分析结果可看出,?和?可明显影 响低对比度视力,这与等人的研究结果相似。【】曾研究了不 同状态的角膜像差与低对比度小数视力的关系。我们推测全眼像差可能更好地 反映视觉质量,因为全眼像差可反映角膜后表面的部分改变及角膜和晶状体间 的补偿及瞳孔对其的影唰】。 曾用眼模型显示球差与一定的离焦结合可对视觉质量产生影响 】。因此,本研究在测量对比度视力时均按显然验光结果将其离焦和散光全部 矫正。由于同一个体的左右眼间具有镜像对应关系,因此,为排除干扰我们在 作相关性分析时仅取右眼。 结果显示,球差与低对比度视力明显负相关,提示球差可明显影响暗环境天津医科大学博士学位论文 低对比度视力。然而,彗差和其他高阶像差与各对比度视力的关联均未显示出 统计学意义。】曾报道彗样像差与低对比度视力具有明显相关性, 而球差与低对比度视力相关无统计学意义。分析我们结果与其不一致的最主要 原因可能是所取对象瞳孔的直径不一样。他们的研究所取像差是瞳孔下的, 而我们研究中的瞳孔直径均在以上平均.. 。前者代表亮光 下,后者为暗光下。而研究对象的年龄可能是另一影响因素:本研究中的对象 均为.岁的青年近视患者;而的研究对象年龄范围较宽,在. .。 岁之间。有研究指出角膜前表面像差和彗差随着年龄的增长而增大 分析球样像差与低对比度视力间具有明显的相关可能与以下几方面原因 有关。.人眼高阶像差受瞳孔大小的影响【,,一。.曾报道 .瞳孔直径时球差增加倍,报道角膜前表面球样像差在瞳孔直径 为时增加倍。.我们以前的研究指出球差是近视眼高阶像差中的 主要成 分,随着瞳孔直径的增加球差增加较彗差增加更明显【?,这可能与角膜曲率半 径中央小周边大的生理形态有关。 本研究结果显示球差与各对比度视力的相关强度随着对比度的降低而增 大。球差与%对比度视力的相关性最大,与%对比度视力相关性最小。提 示高对比度视力不是一较好的反映暗环境视力的指标。这与以前的研究结果一 致,暗环境下的视力测量可较亮环境高对比度视力测量更敏感地反映视力丧失。 , 值得提出的是,本研究中,在%对比度时,显示较好的相关性,但~ 虽具有相关性,但不具有明显统计学意义。是第阶像差的总和,包括了更 高阶的球差,这些高阶像差会相互影响,平衡,加之它们多位于周边,暗光下 / 起一定作用。而。接近瞳孔区,对暗光的敏感性自然减低。这与亮光下球差对 普通视力无影响是一致的。 近视屈光度曾被认为影响高阶像差。贺极苍【】等的研究指出成年人近视组 中有%的人高阶像差值大于正视组,第至第阶高阶像差均明显大于 正视组。而且对比敏感度在近视组与正视组间及不同屈光度的近视组间均有明 显的不刚】。因此,本研究所取研究对象控制在等效球镜.....之间, 平均球镜度..士. ,排除低阶像差对高阶像差的干扰。确保本研究的可靠 性。 天津医科大学博士学位论文 此研究中相关系数值较小,尽管与其他研究 致。这可能有以下几方 面原因:第一,对比度视力受多种因素的影响,高阶像差仅是其中一部分。第 二,对比度视力测量是在白光条件下,而波前像差是在单色光红光下测量,色 像差也可能为一影响因素。第三,不同个体间视网膜和大脑系统处理信息的不 同也可能影响对比度视力。 综上所述,在所有高阶像差中,球差可明显影响低对比度视力。球 差为一 种对称性的高阶像差,球差的改变可能带来低对比度视力的变化。多种因素可 影响球差,如调节,瞳孔的直径,年龄等。大量临床数据显示,准分子激光术 后球差增加明显【,本研究结果可部分解释准分子激光手术后部分患者反映暗 环境下视力降低的原因。因此,推测降低球差可明显改善夜间视力。因此,需 要对角膜屈光手术前后的对比度视力变化及与高阶像差关系的进一步研究,了 解其改变机理,方可有效的指导波前像差引导的个体化角膜切削术的开展,降 低光学并发症的发生。 .小结 .对于低对比度%,%和%对比度视力,在暗光下球差会对 其产生一定影响。对比度越低,影响越大。彗差等其它高阶像差对暗光下低对 比度视力影响不明显。 .对于高对比度视力%对比度,在暗光下会对其产生一定影响。 / 乙?则不明显,可能与像差项之间的相互作用有关。 .球差的减少可能会带来低对比度视力的改善。推测降低球差可提高夜间 视力。因此有效的控制球差例如行波前像差引导的个体化角膜切削术等可 能会明显的改善夜间视力。 .总高阶像差洲与对比度视力并无直接影响,部分像差项对 低对比视力有积极意义,提示手术时应综合考虑,去除对视觉质量有影响的像 差。