青少年近视眼角膜高阶像差与屈光度关系的相关性

　　作者：王利华,马鲁新　　作者单位：山东大学附属省立医院眼科， 济南 250021

　　【摘要】目的了解青少年近视患者角膜高阶像差的分布规律，探讨近视程度对角膜高阶像差的影响。方法 应用Ray Tracing原理设计的iTrace视功能分析仪检测104例104只青少年近视眼，等效球镜为[(-3.98±2.50)D]的角膜像差。在6?mm瞳孔直径下测量3～6阶Zernike系数，计算各阶均方根(RMS)值、3～6阶总RMS值、球差(Z04，Z06)及彗差(Z-13，Z13，Z-15，Z15)RMS值，并分别与屈光度进行相关分析。结果 受试者球镜平均为(-3.72±2.36)D，柱镜平均为(-0.77±0.62)D，角膜总高阶像差(3～6阶)的RMS值平均为(0.413±0.134)μm，3阶至6阶的各项Zernike系数大致呈递减趋势(4阶球差Z04除外)，所有角膜的Z04(4阶球差)值均为正值，平均(0.272±0.086)μm。近视屈光度大小与角膜总高阶像差、各阶像差的RMS值无相关性，但水平彗差(Z13)与等效球镜呈负相关(P<0.01)。彗差作为主导像差的频率在高度近视组略增加，而球差是角膜像差中最主要的像差(约占80%)，且不随屈光度的变化而变化。结论 在青少年近视中，角膜高阶像差的个体差异较大，仅个别Zernike系数与近视程度有相关性，球差是角膜像差中最主要的像差。

　　【关键词】 近视 角膜 波前像差 青少年

　　function of the degree of myopia in adolescents

　　QU Junyue， WANG Lihua， MA Luxin

　　(Department of Opthalmology， Provincial Hospital Affiliated to Shandong University, Jinan 250021，China)

　　To investigate the distribution of corneal highorder aberrations (HOAs, 3rd to 6th orders) myopic eyes of adolescent, and study the changes as a function of the degree of myopia. Methods Using the iTrace Visual Function Analyzer, root mean square(RMS)of total corneal HOAs, 3rd,4th,5th,6thorder aberrations, coma and SA were determined from the central 6.0mm zone of 104 eyes of 104 subjects mean 19.9±1.34 years old, ranging from 16 to 24 years; mean manifest spherical equivalent was (-3.98±2.50)D. Correlation between corneal HOAs and refractive power was analyzed. Results The mean refractive error was sphere (-3.72±2.36)D and cylinder (-0.77±0.62)D, and the mean RMS of corneal total high order(3rd to 6th) was (0.413±0.134)μm. Values of Zernike coefficients progressively decreased from the 3rdorder to the 6thorder (except Z04). The mean coefficient of the 4thorder SAs(Z04) was (0.272±0.086)μm and was positive in all corneas. No correlation was found between total corneal high order RMS and myopia. However, horizonal primary coma(Z13) statistically correlate with spherical equivalent (SE) (P<0.01). Coma was more frequent in high myopia as a dominant aberration, and SA occurred equally around 80%. Conclusions Corneal wavefront aberrations greatly vary among adolescents, while horizontal primary coma(Z13) slightly decreases with an increase of SE. All corneas have positive 4thorder SAs, and the values are negatively correlated with SE in median myopia. Coma is more frequent in high myopia, and SA is the most influential one in cornea aberrations.

　　Key words: Myopia; Cornea; Wavefront aberration; Adolescenc

　　近视是临床常见的屈光不正眼病，Applegate等[1]发现，近视眼的波前像差随着近视程度的加深而增加，高度近视眼的波前像差与正视眼和低度近视眼相比有显著区别。而Cheng等[2]45认为，波前像差与屈光不正之间无相关性。He等[3]研究指出，近视眼组的波前像差较正视组大，波前像差在近视的发展中可能起到了重要作用。Marcos等[4]研究认为，角膜的形态不规则是波前像差增加的主要原因。为了进一步了解近视眼角膜像差的分布特点及其与近视程度的关系，本研究应用iTrace视功能分析仪对104例青少年近视患者进行了波前像差的测量，分析角膜高阶像差的分布规律及其与屈光度之间的关系，探讨近视发展过程中角膜的变化，旨在为近视的矫正、治疗和人工晶体植入等临床工作提供参考依据。

　　1 资料与方法

　　1.1 研究对象 为山东省高等医学专科学校学生210例(210眼)，16～24岁，平均(19.9±1.3)岁。男36例(36眼)，女174例(174眼)。显然验光等效球镜屈光度值为(-3.98±2.50)D，范围为(+0.75～-10.13)D。对所有受检者先使用Topcon自动电脑验光仪(KR8100P)进行验光，然后经主观试镜确定屈光度及矫正视力。根据显然验光的等效球镜屈光度值分为低度近视组(-0.50～-3.00D)45眼，中度近视(-3.00～-6.00D)36眼，高度近视(-6.00～-10.13D)23眼。对柱镜<2.00D、矫正视力≥1.0、无角膜接触镜佩戴史及眼部手术史、眼部无器质性病变者进一步行波前像差检查。

　　1.2 波前检测方法

　　1.2.1 主要设备及原理 波前像差设备为iTrace视功能分析仪(美国TRACEY公司)及其2.0操作系统。iTrace视功能分析仪集验光仪、波前像差仪、角膜地形图分析仪于一体，应用光路追迹(Ray Tracing)原理，发出平行于视轴的细小激光束，经瞳孔到达视网膜成像，再由位置探测器通过接受返回的光线分析出光斑在视网膜的位置(图1)。当第一个光斑的位置确定后，激光束移动至下一个位置，重复上述过程，共记录256个点。连续发出的激光束在视网膜上形成点阵图。对于正视眼，256个点应全部位于黄斑中心。反之，若激光束入射时角膜和晶体存在局部像差，则造成视网膜上相应光斑的位置偏移。

　　1.2.2 检测方法 检测在暗室中进行，在受试者瞳孔自然散大的情况下，由同一检查者应用iTrace视功能分析仪分别测量其双眼的角膜地形图及波前像差。受试者取坐位，下颌置于仪器的下颌托上，受检眼注视仪器内的红色视标,检查者用操纵杆进行对焦后完成检测。仪器自动对入射激光点缺失多于10点、且前128点与后128点的球镜或柱镜差值大于0.1?D、散光轴向差值大于10度者进行提示，本研究不予入选。

　　1.3 统计学处理 本研究仅选择右眼作为研究对象，对201眼中的瞳孔直径大于6?mm者进行分析，共104眼。提取瞳孔大小为6?mm时的3～6阶各项Zernike系数，计算各阶均方根(RMS)值、3～6阶总RMS值、球差(Z04，Z06)及彗差(Z-13，Z13，Z-15，Z15)RMS值。所有数据采用SPSS11.5统计软件包完成，经KolmogorovSmirnov检验均为正态分布。两配对样本均数的比较采用配对t检验;两变量间的相关分析采用Pearson相关分析。

　　2 结 果

　　2.1 角膜高阶像差的分布 104眼近视性屈光不正的球镜平均为(-3.72±2.36)D，柱镜平均为(-0.77±0.62)D，等效球镜平均为(-4.10±2.44)D。从Zernike多项式系数值(表1)可以看出，3阶各项的绝对值、范围及标准差最大，从3阶至6阶大致呈递减趋势(4阶球差Z04除外)。在3阶各项系数中，Z-33、Z-13和Z13的平均值为负，分别有76.9%、51.9%和82.7%的角膜的Z-33、Z-13和Z13是负值。而在4阶系数中，所有角膜的Z04(4阶球差)值均为正值，平均(0.272±0.086)μm,其中90.4%在0.2与-0.4?μm之间。对于3～6阶的22个Zernike多项式系数，其中有10项显著不为0。

　　2.2 角膜高阶像差与屈光度 在各项Zernike系数中，Z13、Z-55、Z-66和Z-46的值随近视屈光度的增加而变化。其中Z-55、Z-66和Z-46与等效球镜近视屈光度值的相关系数分别为0.207、-0.197、0.207(P<0.05)，Z13与等效球镜近视屈光度值显著负相关(r=-0.295，P<0.01)。低度近视组的各项系数均与等效球镜无相关性，仅Z13与柱镜呈正相关(r=0.373，P<0.05)。在中度近视组，Z04和Z24的绝对值随着近视屈光度的增加而减小(P<0.05)。对于高度近视，当等效球镜值由-6.00D?增加至-10.00D时，Z-44由正变负,且绝对值变小(r=0.508，P=0.014)。

　　Zernike系数(μm)与等效球镜(D)的关系

　　A：Zernike多项式系数Z13(Z8)、Z-55(Z15)、Z-66(Z21)和Z-46(Z22)与等效球差的关系

　　B：Zernike多项式系数Z04(Z12)和Z24(Z13)与中度近视等效球差的关系

　　Fig.2 Scattergram of values of the Zernike coefficient(μm) versus the SE(D)

　　A: Scattergram of values of Z13, Z-55, Z-66 and Z-46 versus the SE

　　B: Scattergram of values of Z04 and Z24 versus the SE

　　球差和彗差与其他类型的像差相比，RMS值较大，统计其作为最大像差在不同程度近视中的出现频率，球差在低、中、高度近视组中分别占80.0%，80.6%和78.3%，彗差则为11.1%，8.3%和13.0%。在不同程度近视中球差(SA)和彗差(COMA)作为最大像差的出现频率(%)

　　Fig.3 Frequency of SA and coma as a function of myopia

　　3 讨 论

　　对于人眼系统，其波前像差主要由以下几种原因造成[5]：①　角膜与晶体的表面像差，以角膜为主;②　角膜与晶体、玻璃体不同轴向所造成的偏差;③　角膜、晶状体及玻璃体介质的折射率偏差;④　各种光通过人眼的折射率不同，不可避免地产生色差。近年，对于角膜像差的研究集中于其与眼内像差、全眼像差的相关性，认为角膜像差普遍高于全眼像差，而眼内像差(主要是晶状体像差)起了补偿角膜像差的作用[6][7]1514;随着年龄的增长，主要由于晶体的改变，角膜像差与眼内像差的互补平衡逐渐减弱，导致老龄者的最佳矫正视力下降。Guirao等[8]研究表明，角膜总高阶像差及角膜彗差与年龄呈正相关，但其未对近视屈光度与角膜像差的关系作进一步阐述。

　　本研究对16～24岁之间的104例青少年近视的角膜高阶像差进行了分析，结果表明, 3～6阶的22个Zernike多项式系数中有10项(Z-33、Z13、Z-44、Z-24、Z04、Z24、Z-35、Z06、Z46、Z66)显著不为0，而Wang 等[7]1515的研究中仅有6项(Z-33、Z-13、Z04、Z44、Z-15、Z46)。这种差别可能是由于Wang等的受试者平均年龄(50±17)岁，屈光度为(-3.00～+3.00)D，且对受试者双眼均进行分析，与本研究条件不同。因为左右眼角膜之间存在着中至高度的镜像对称[7]1517，系数Z13、Z33、Z-44、Z-24、Z15、Z35、Z55、Z-66、Z-46、Z-26在两眼间呈负相关，即关于y轴对称而正负相反。因此，将双眼一同进行统计分析可使数值偏小，例如本研究中Z-44、Z-24分别为(0.012±0.044)μm和(-0.011±0.029)μm，而Wang等[7]1516的结果则为(0.002±0.073)μm和(0.001±0.050)μm。

　　22个系数中只有4阶球差(Z04)为正值，与之前的研究结果一致[7]1515。尽管青少年近视角膜的总高阶像差及各阶像差的个体差异较大，球差和彗差在总高阶像差中所占比例仍最高，分别约为46%和19%。

　　Llorente等[9]通过对比近视和远视眼之间的波前像差认为，近视角膜的3阶像差及球差均显著小于远视眼。Wei等[10]研究了166例近视患者的全眼波前像差，结果与Cheng等[2]45，48的研究结果一致，认为近视屈光度与全眼波前像差之间无相关。本研究对角膜波前像差与近视屈光度的关系进行分析表明，近视屈光度大小与总高阶像差、各阶像差、球差及彗差无相关性。而Applegate等[11]认为，各种波前像差对视觉成像的影响有不同。对于等量的RMS值，其内含的Zernike 多项式系数不同会导致不等量的视功能丧失。因此，高阶像差的RMS值并不能很好的反映视觉质量。逐项分析3～6阶Zernike多项式系数可发现，角膜水平彗差(Z13)与等效球镜显著负相关。而在中度近视组，4阶球差(Z04)和次级垂直散光(Z24)随着近视屈光度的增加而绝对值减小。Paquin 等[12]在研究全眼像差时，将高阶像差中最大者称为“主导像差”，认为彗差的出现频率随近视屈光度的增加而略为增加，但未对角膜像差进行相关研究。本研究结果表明，在青少年近视眼角膜高阶像差中球差和彗差最普遍。其中彗差作为主导像差的频率在高度近视组略增加(由中度近视组的8.3%增加至高度近视组的13.0%)。而球差在低、中、高度近视组中均为最主要的像差类型，其频率维持在80%左右，并且不随屈光度的变化而变化。

　　总之，在青少年近视中，角膜高阶像差的个体差异较大，仅个别Zernike系数与近视程度有相关性，而角膜高阶像差在近视发展中的具体作用及对散光的影响仍待进一步深入研究。

　　【参考文献】

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