眼老化过程中的视网膜成像特征

　　作者：黄芳，马蓉，宋慧洋 作者单位：温州医学院附属眼视光医院，浙江 温州 325027

　　【摘要】 目的 通过点扩散函数分析系统，研究不同年龄段正常人眼视网膜成像质量的表达特征。方法 按入选标准将健康人83例(103只健康眼)纳入到本实验中。研究对象年龄为18~87岁，平均(49.1±21.3)岁，等效球镜范围 +0.75~-2.25 D，散光范围为0.25~1.00 D，裸眼或矫正视力均≥4.9。按年龄分成3组：40岁以下组29例(43眼)，41~65岁组26例(27眼)，66岁以上组28例(33眼)。在标准条件下使用PSF-1000分析仪进行3 mm和5 mm入瞳的视网膜像质检测，并得出调制传递函数(modulation transfer function，MTF)数据。实验结果采用SPSS 13.0进行统计学分析。结果 ①在3 mm和5 mm入瞳时，40岁以下组的各空间频率的MTF值水平最高，66岁以上组最低，差异具有显著性(P=0.000);随空间频率增加，各年龄组的MTF值逐渐下降，差异具有显著性(P均<0.01)。②3 mm入瞳的各空间频率MTF值均高于5 mm入瞳，差异均有显著统计学意义(P均<0.01)。结论 随着年龄的增加，视网膜成像质量在逐渐下降;在晚间瞳孔散大的情况下，视网膜像质会进一步下降，尤其在老年时会更加明显。

　　【关键词】 视网膜成像;点扩散函数;调制传递函数

　　Effect of aging on retinal image characteristics of the human eye’s point spread function

　　HUANG Fang， MA Rong， SONG Huiyang.

　　Hospital of Optometry and Ophthalmology， Wenzhou Medical College， Wenzhou China， 325027

　　[Abstract] Objective To analyze the retinal image characteristics of healthy persons at different ages using the point spread function (PSF) analysis system. Methods Eighty-three normal subjects (103 eyes) aged from 18 to 87 years [mean (49.1±21.3)years] were included in the study and divided into three age groups： ≤40 years， 41~65 years and ≥66 years. MTF data from a PSF-1000 analyzer under small pupil (3 mm) and dilated pupil (5 mm) conditions were collected and compared. Results The MTF was significantly different when the three groups were compared at all spatial frequencies under small and dilated pupil conditions (P<0.01). The younger subjects had significantly higher MTF measurements compared to the elderly subjects at all spatial frequencies under small and dilated pupil conditions (P=0.000). The MTF decreased with an increase in spatial frequency in all three age groups (P<0.01). The MTF was also significantly different between small pupil and dilated pupil conditions (P<0.01). MTF measurements were significantly higher under small pupil (3 mm) conditions compared to dilated pupil conditions at all spatial frequencies (P<0.01). Conclusion Retinal image quality declines with aging. It further declines under dilated pupil conditions at night， especially in the elderly.

　　[Key words] retinal image; point spread function; modulation transfer function

　　人眼作为一种精密的光学成像系统，其在老化过程中出现的视网膜成像质量改变以及随之而来的眩光、自觉视物模糊等症状，医生尚不能完全进行准确的评价。目前临床上的视觉检查方法多以主观检查为主，比如视力、对比敏感度等，而客观评价视网膜的成像质量以像差检查为主，如常用的有Hartmann-Shack像差仪。近年来，国内外学者开始把光学领域的点扩散函数(point spread function，PSF)概念引入到人眼的视网膜像质研究上，认为PSF可以弥补像差法所忽略的眼内光线散射和吸收等损失过程，能客观、全面地反映视网膜成像特点[1-3]。PSF-1000分析仪是最新的以点扩散函数为基础的视网膜像质分析仪。它能够快速提供客观、全面的人眼视网膜像质的各项数据，具有很高的临床应用价值[4-6]。本研究旨在应用PSF-1000分析仪检测正常人眼在老化过程中视网膜成像特征及变化趋势。

　　1 资料和方法

　　1.1 一般资料 按照入选标准，健康人83例(103眼)被纳入到本实验中，其中男性38例(43眼)，女性45例(60眼)，年龄在18～87岁，平均(49.1±21.3)岁。在自然状态下通过客观验光和主觉验光获得远用验光处方和最佳矫正视力，最佳矫正视力均≥4.9，平均(4.98±0.04)。等效球镜度数为+0.75~ -2.25 D，平均(-0.38±0.87)D;散光度数为0.25~1.00 D，平均(-0.53±0.42)D。按年龄分成3组：40岁以下(含40岁)组29例(43眼)，41~65岁组26例(27眼)，66岁以上(含66岁)组28例(33眼)。

　　入选标准：所有观察对象裸眼或矫正视力均需≥4.9，屈光度范围：-3.00D≤等效球镜≤+1.00 D，散光≤1.00 D;自然瞳孔状态下裂隙灯检查未见明显晶状体混浊;瞳孔活动自如，在暗环境下不使用散瞳药物可放大至5 mm以上。除轻度屈光不正外没有其他眼病及眼部外伤史。

　　1.2 实验方法 使用点扩散函数分析仪(PSF-1000 Analyzer，TOPCON，JAPAN)对全部研究对象进行测试。输入患者一般资料及最佳矫正视力和屈光度。测试室为黑暗不透光房间并以厚黑布盖于患者头部与仪器上方阻挡操作屏光线，待瞳孔在暗环境下自然散大超过5 mm后，以5 mm入瞳进行测试;之后取掉黑布，打开室内日光灯照明，瞳孔自然缩小，以3 mm入瞳再次进行测试，取得实验数据。我们根据对数视力表选择了与之相对应的12点空间频率(相当于4.0~5.1)的MTF值进行分析。

　　1.3 统计学方法 采用SPSS 13.0统计软件进行统计学分析。先对各组数据进行正态性检验和方差齐性检验。3个年龄组间各空间频率组比较使用多因素方差分析。

　　2 结果

　　2.1 各年龄组的3 mm入瞳的各空间频率MTF值比较 采用SPSS 13.0统计软件对实验数据进行正态性检验，结果显示各组实验数据经检验均为正态分布(F=124.062，P=0.000)，具有方差齐性。多因素方差分析结果显示，3个年龄组在各空间频率下的MTF值的差异具有显著性(F=413.951，P=0.000)。40岁以下组的各空间频率的MTF值最高，41~65岁组次之，66岁以上组则明显偏低。在各空间频率的MTF值的差异具有显著性，随空间频率的增高，MTF值逐渐下降。在低空间频率区域，3个年龄组的MTF值几乎平行地快速下降;在中间频率区域，40岁以下组的MTF值仍快速下降，41~65岁组和66岁以上组的MTF下降速率开始趋于平缓;在高空间频率区域，40岁以下组MTF值继续下降，41~65岁组和66岁以上组的MTF基本都已处于低水平平台，但41~65岁组的MTF值稍高于66岁以上组，见表1。

　　2.2 各年龄组的5 mm入瞳的各空间频率MTF值进行比较 采用SPSS 13.0统计软件对实验数据进行正态性及方差齐性分析，结果显示各组实验数据经检验均为正态分布(F=152.988，P=0.000)，具有方差齐性。多因素方差分析结果显示3个年龄组在各空间频率下的MTF值的差异具有显著性(F=237.032，P=0.000)。40岁以下组的各空间频率的MTF值最高，41~65岁组次之，66岁以上组最低。在各空间频率的MTF值的差异均有显著性(F=396.883，P=0.000)，随空间频率的增高，MTF值逐渐下降。在低空间频率区域，3个年龄组的MTF值几乎平行地快速下降;在中间频率区域，40岁以下组的MTF值仍快速下降，41~65岁组和66岁以上组的MTF下降速率开始趋于平缓，基本都已处于低水平平台;在高空间频率区域，40岁以下组MTF值下降速率趋于平缓，41~65岁组和66岁以上组的MTF值进一步下降接近于0，见表2。

　　2.3 3 mm入瞳和5 mm入瞳的各空间频率MTF的差异性比较 3 mm入瞳的各年龄组各空间频率的MTF值均高于相应的5 mm入瞳的MTF值，差异具有显著性(F=739.321，P=0.000)。在低空间频率和中空间频率区域，3 mm入瞳和5 mm入瞳的MTF值几乎呈平行下降，3 mm入瞳的MTF值比5 mm入瞳的MTF值平均高20%左右;在高空间频率区域，二者逐渐趋同(见图1)。

　　3 讨论

　　人眼非理想光学系统，在低阶像差，即离焦和散光被完全矫正后，像差、衍射、散射是影响视网膜成像质量的主要因素。衍射通常在瞳孔小于2 mm时影响视网膜成像。一般情况下像差和散射对视网膜成像的影响更为显著[7]。在人眼的老化过程中，由于屈光介质透明度下降或组织的规则性受到破坏时，散射以及浑浊对光线的吸收将会严重影响视网膜的像质。以往较多的研究多以像差来评价屈光矫正后的成像质量，由于忽略了衍射和散射的影响，结果容易高估视网膜的像质。近年来，不断有学者提出用点扩散函数(point spread function，PSF)来评价视网膜成像。点扩散函数是指一个物点经过光学系统后在像面上的光强分布函数，它是以一个点光源作为基点进行测量，描述的是系统成像以后点像的弥散程度，其中包含了衍射、像差、散射的信息[8]。因此PSF可以看作是光学系统成像质量的一个指标。像面与物面的对比度称为系统的调制传递函数(modulation transfer function，MTF)，作为PSF的幅度表达值，MTF描述的是在不同频率处物像对比度与光学系统成像质量的关系[8]。

　　PSF-1000仪是日本TOPCON公司最新研制的点扩散函数分析仪，可以直接测出眼屈光系统的点扩散函数和调制传递函数，可对各种评价眼视觉成像质量进行客观准确的评估[4，6]。

　　本研究应用PSF-1000分析仪观察了103只不同年龄段正常眼的视网膜像质，用3 mm入瞳状态模拟日间的生活状态，5 mm入瞳状态模拟晚间的生活状态。从我们的结果中可以看出，不论在3 mm入瞳或5 mm入瞳，不同年龄组的各空间频率MTF均值间都具有显著性的差异，各空间频率的MTF值都是随年龄的增长而不断下降。这说明在人眼的老化过程中，尽管目前的临床常用的检测设备没有显示明显的改变，视力检查均在正常范围，但实际上人眼视网膜成像质量在逐渐下降。其原因不仅因为晶状体的逐渐增厚引起周边像差的增加，人眼屈光系统的透明性及组织结构随着年龄的增加也在悄然发生着变化，这样就可以解释临床上为何视力正常的老年患者在视力正常的情况下还不断抱怨视物模糊不清。

　　在比较3 mm入瞳和5 mm入瞳的各空间频率MTF的差异性中发现，所有对象的5 mm入瞳的各空间频率MTF值均小于3 mm入瞳相应空间频率MTF值，两者有显著性差异。晚间由于瞳孔直径的增大，由远轴光线带来的像差对视网膜像质的影响也随之增大了，所以晚间人眼的空间频率的辨别能力较日间有明显的下降，降幅接近20%。Zhu等的研究也表明，在瞳孔2~3 mm的时候，视网膜上的影像质量最高;随着瞳孔直径的增大，像差也随之增大[10-11]。由于我们的实验是在光线充足的环境下进行的，因此我们有理由相信，在晚间光线不足的情况下这种影响会更加明显。

　　综上所述，随着年龄的增加，视网膜成像质量在逐渐下降;在晚间瞳孔散大的情况下，视网膜像质会进一步下降，尤其在老年时会更加明显。PSF-1000分析仪能够快速测量人眼屈光系统的MTF，较全面地反映视网膜的像质。

　　【参考文献】

　　[1] Artal P. Understanding aberrations by using double?鄄pass techniques[J]. J Refract Surg，2000，16(9)：560-562.

　　[2] Liang J， Westheimer G. Optical performances of human eyes derived from double?鄄pass measurements[J]. J Opt Soc Am A，1995，12(7)：1411-1416.

　　[3] Williams DR， Brainard DH， Mcmahon MJ. Double?鄄pass and inter ferometric measure of the optical quality of the eye[J]. J Opt Soc Am A，1994，11(12)：3123-3135.

　　[4] Kazuno N， Katsuhiko K， Kazuhiko O， et al. Evaluation of optical function using a new point spread function analysis system in cataractous and psuedophakic eye： preliminary result[J]. Jpn J Ophthalmol，2006，50(1)：12-19.

　　[5] Kabayashi K， Shibutani M， Takeuchi G， et al. Calculation of ocular single-pass modulation transfer function and retinal image simulation from measurements of the polarized double-pass ocular point spread function[J]. J Biomed Opt，2004，9(1)：154-161.

　　[6] 姜珺，金婉卿，吕帆. 点扩散函数法在人眼成像质量分析中的特征[J]. 眼视光学杂志，2008，10(4)：291-294.

　　[7] Bellucei R， Morselli S， Piers P. Comparison of wavefront aberrations and optical quality of eyes implanted with five different intraocular lenses[J]. J Refract Surg，2004，20(4)：297-306.

　　[8] Goodman JW. Introduction to fourier optics[M]. San Francisco： Mc GRAN?鄄HILL BOOK COMPANY，1968：18-21.

　　[9] 安连生. 应用光学[M]. 北京：北京理工大学出版社，2000：163-169.

　　[10] Zhu L， Bartsch DU， Freeman WR， et al. Modeling human eye aberrations and their compensation for high?鄄resolution retinal imaging[J]. Optom Vis Sci，1998，75(11)：827-839.

　　[11] Kozaki J， Takahashi F. Theoretical analysis of image defocus with intraocular lens decentration[J]. J Cataract Refract Surg，1995，21(5)：552-555.