空海勤人员正视眼高阶像差和视觉质量

　　作者：张丰菊，孔繁学，于芳蕾，鲁智莉，王岳秀 作者单位：(116011)中国辽宁省大连市，大连医科大学第一附属医院眼科

　　【摘要】 目的：分析正视眼高阶像差的相关因素及其与对比敏感度的关系，为评估高阶像差的临床意义及其与视功能的关联性，为临床准分子激光个体化切削手术的合理应用提供客观依据。方法：利用波阵面像差仪(WaveLight analyzer，德国)和对比敏感度仪(Kontrastometer BA4，德国)对40例80眼空勤和海勤男性进行检测，年龄16～35(平均21.9±3.4)岁，裸眼视力(uncorrected visual acuity, UCVA)为1.0～2.0,平均(1.32±0.30)。结果：左右眼高阶像差差异无统计学意义(P>0.05)。C31(垂直彗差)与远近视力呈负相关趋势(r<0,P>0.05)。C31与柱镜呈之间的负相关有统计学意义，C31与等效球镜在瞳孔<7mm时的负相关有统计学意义，C40(球面像差)与球镜在瞳孔>5mm时的正相关有统计学意义(P<0.05)。RMS3～6,RMSh与球镜、柱镜、等效球镜的相关性无统计学意义(P>0.05)。C31,RMS3,RMSh与年龄的负相关有统计学意义(P<0.01)，C40与年龄的相关性无统计学意义(P>0.05)。在瞳孔直径为4mm和7mm时，C40,RMS3,RMS4,RMSh的差异有统计学意义(P<0.01)，C31的差异无统计学意义(P>0.05)。C31与WOG(对比敏感度系数之一，值越小对比敏感度越高)在瞳孔≥5mm时的正相关有统计学意义(P<0.05)，C31与其他对比敏感度系数呈正相关趋势(r>0,P>0.05)。结论：眼别对正视眼高阶像差无影响。年龄<40岁者高阶像差随年龄增加而减少，并随瞳孔增大而增加。C31趋向于越小，即负值越大，视力越好，对比敏感度越佳。

　　【关键词】 正视;高阶像差;视觉质量;对比敏感度

　　Highorder aberrations and visual quality analysis in emmetropic eyes of navy and airforce

　　FengJu Zhang , FanXue Kong , FangLei Yu, ZhiLi Lu, YueXiu Wang

　　Foundation item: Social Development Foundation of Science and Technology Committee of Dalian City, Liaoning Province, China (No. 2006E21SF100)

　　Department of Ophthalmology，the First Affiliated Hospital of Dalian Medical University, Dalian 116011, Liaoning Province, China

　　Correspondence to：FengJu Zhang. Department of Ophthalmology，the First Affiliated Hospital of Dalian Medical University, Dalian 116011, Liaoning Province, China. wxw93@hotmail.com

　　AbstractAIM: To analyze high order aberrations ( HOAs ) and contrast sensitivity ( CS ) in emmetropic eyes, and supply the data to evaluate clinical significance and relationship.METHODS: Forty cases (80 eyes) from navy or airforce volunteers (all males, 16  35 years, mean age 21.9±3.4 years) were checked. Uncorrected visual acuity (UCVA) was 1.32±0.30 (1.02.0) . Aberration and CS analysis was based on the Tscherning theory from the Wave Light Company (Germany) and from Kontrastometer BA4(BKG MEDIZIN TECHNIK，Germany).RESULTS: There was no significant difference in highorder aberrations between the left and right eyes. No significant relationship but a negative correlation appeared between C31 and UCVA. There was a negative correlation between C31and cylinder(P<0.05)/spherical equivalence (P<0.05) when pupil size <7mm. There was a positive relationship between C40 and sphere (P<0.05)when pupil size >5mm. No significant relationship was shown between RMS36/RMSh and sphere/cylinder/spherical equivalence(P>0.05). There was a negative relationship between C31/RMS3/RMSh and age(P<0.01)，but no relationship was shown between C40 and age(P>0.05). No significant difference was presented between 4mm and 7mm pupil diameter in C31(P>0.05), but there was a significant difference in C40 (P<0.01) and in RMS3/RMS4/RMSh(P<0.01). There was a positive correlation between C31and WOG (CS coefficient without glare)(P<0.05)when pupil size ≥5mm. No significant relationship but a positive trend was shown between C31 and other CS coefficients.CONCLUSION: For HOAs in emmetropic eyes, there are no significant differences between the left and right eyes. HOAs has a negative relationship with age and a positive relationship with pupil size (age<40 years). There is a trend that with a decrease in C31 , the more negative C31 is, the better UCVA and CS become.

　　

　　KEYWORDS: emmetropia; highorder aberrations; visual quality; contrast sensitivity

　　引言

　　人眼不是一个完善的屈光系统，由于它本身固有的缺陷，使得实际人眼不仅存在离焦和像散等低阶像差，还存在彗差、球差和其他许多非规则的高阶像差[1]。波阵面像差的测量方法近年被用于角膜的个性化切削，即波阵面像差引导下的屈光手术，可以用来矫正或最低限度的减少光学高阶像差，由此提高或改善视觉质量[2,3]。近来这方面的研究很多，但有关高阶像差的临床意义和它在准分子激光屈光手术中个性化作用的问题仍未解决[4]。从理论上讲,消除像差后人眼视觉质量会提高,但临床研究确不尽然。目前还没有关于正视眼高阶像差的特点及其和视功能相关性的确切报道，本研究提供的数据可望为临床医生在以波阵面像差引导的准分子激光角膜个性化切削手术的合理化应用提供客观依据，同时为探讨人眼光学系统光学特性、高阶像差对视功能的影响等方面提供客观资料。

　　1对象和方法

　　1.1对象

　　收集200610/11在本院体检的空勤和海勤(包括飞行员和舵手)等专业人员40例(80眼)，均为男性，年龄为16～35(平均21.9±3.4)岁，裸眼视力(uncorrected visual acuity, UCVA)为1.0～2.0,平均视力1.32±0.30,球镜为0.87～1.50DS,平均球镜0.17±0.43DS, 柱镜为1.00～0.00DC,平均柱镜0.30±0.24DC, 等效球镜为1.12～1.25D,平均等效球镜0.02±0.41D,所有受试者均无任何角膜手术史以及任何眼病。

　　1.2方法

　　裸眼视力、标准主觉验光(由同一医师每天同一时间实行) 、暗室下的瞳孔大小、用对比敏感度仪(kontrastometer BA4, Germany) 测量对比敏感度、用WaveLight波阵面像差分析仪(WaveLight analyzer，Germany) 测量眼屈光系统的像差。WOG(contrast measurement without glare—无闪光对比检查),WG(contrast measurement with glare—有闪光对比度检查),Red test(red contrastmeasurement—红色色觉检查),Readaption test(重新适应时间检查)4种检测项目。其显示的对比度值以百分数表示(0%～500%)，对比度值越大，患者的对比度视功能越差。即：对比度越好，所测数值越接近0。另实验室为同一暗室,先用美多丽滴眼液(主要成分为5.0g/L托吡卡胺、5.0g/L盐酸去氧肾上腺素,参天制药株式会社生产,日本) 给受试者扩瞳后行波阵面像差检查(此时瞳孔均大于7mm) 。所有检查均由同一熟练医师于每天同一时间操作，每眼重复检查至少4 次,最后选择高阶像差图形及均方根值(RMS) 重复性最好，原始摄图中心三轴对焦理想(X、Y、Z轴误差均<0.1mm)，像差仪验光球镜度数与主观验光球镜度数差异小(  0.5D 以内) 的一次检查结果,录入该研究。记录每眼检查结果的各阶高阶像差(RMS 36) 及总高阶像差值(RMSh) ,以及C33,C31(垂直彗差),C3+1(水平彗差),C3+3 和C40(球差) 5个有代表性的Zernike 分项值。统计学分析使用SPSS 13. 0 软件包,分析:(1)高阶像差的分布对UCVA和CS(contrast sensitivity,对比敏感度)的影响情况。(2)眼别、年龄、球镜、柱镜及等效球镜对高阶像差的影响特点,以及它们对高阶像差的综合影响分布情况。本研究属于横断面调查研究。

　　统计学处理：使用t检验(配对设计的t检验、两组独立样本的t检验)、方差分析以及Spearman 等级相关分析。

　　2结果

　　2.1左右眼各高阶像差间比较 左右两眼之间差异无统计学意义(P>0.05，表1)。表1不同瞳孔直径下左右眼之间的高阶像差及不同UCVA的C31(略)

　　2.2 UCVA相关性分析

　　C33，C31，C3+1，C3+3，C40与视力的相关性无统计学意义(P>0.05)，虽然C31与远近视力无明显相关性，但呈负相关趋势(r=0.017, P=0.879和r=0.150, P=0.185)，在不同视力下C31均值见表1,图1。

　　2.3球柱镜相关性

　　C31与柱镜之间的负相关有统计学意义(P<0.05)，C31与等效球镜在瞳孔小于7mm时的负相关有统计学意义(P<0.05)，C40(球面像差)与球镜在瞳孔大于5mm时的正相关有统计学意义(P<0.05，表2)。RMS3,RMS4,RMS5,RMS6,RMSh与球镜，柱镜，等效球镜的相关性无明显的统计学意义(P>0.05)。表2不同瞳孔直径下C33，C31，C3+1，C3+3，C40分别与球镜，柱镜，等效球镜相关性分析(略)

　　2.4年龄相关性

　　C31与年龄的负相关有统计学意义(P<0.05)，C40与年龄的相关性无统计学意义,但在瞳孔小于7mm时呈负相关趋势(P>0.05，表3)。RMS3在瞳孔为4,6,7mm与年龄的负相关有统计学意义(P<0.05)，在瞳孔为5mm时也与年龄呈负相关趋势(r=0.187, P=0.097), RMSh在瞳孔小于7mm时与年龄的负相关有统计学意义(P<0.05)，在瞳孔为7mm时也与年龄呈负相关趋势(r=0.205, P=0.068，表3)。表3不同瞳孔直径下C33，C31，C3+1，C3+3，C40，RMS3，RMS4，RMS5，RMS6，RMSh分别与年龄相关性分析(略)

　　2.5瞳孔相关性

　　C31在瞳孔直径为4mm和7mm时的差异无统计学意义(0.009±0.065, 0.030±0.205,P=0.248>0.05)，C40的差异有统计学意义(0.020±0.028,0.132±0.096，P=0.000<0.01)。RMS3、RMS4、RMSh在瞳孔直径为4mm和7mm时的差异有统计学意义(0.062±0.030, 0.163±0.101, P<0.01; 0.038±0.019, 0.139±0.078, P<0.01; 0.074±0.031, 0.235±0.124, P<0.01，表4)。表4不同瞳孔直径下C33,C31,C3+1，C3+3，C40，RMS3、RMS4、RMS5、RMS6、RMSh均值(μm)及各瞳孔直径组间均值比较(略)

　　2.6对比敏感度的相关性

　　C31与WOG在瞳孔大于等于5mm时的正相关有统计学意义(P<0.05)，C31与WG、Red Test的相关性无统计学意义，但在瞳孔分别大于4mm和5mm时呈正相关趋势(表5)。表5C31在不同瞳孔直径下与对比敏感度的相关性(略)

　　3讨论

　　我们通过对正视眼高阶像差和视觉质量的数据分析可知: (1)正视人眼的眼别与高阶像差的相关性无统计学意义(P> 0.05) , 左右眼像差图呈对称状。此与Mrochen 等[57]的研究相似,提示双眼是协同一致完成视觉活动的;(2)C31与UCVA远视力、近视力呈负相关趋势,无统计学意义(r=0.017, P=0.879和r=0.150, P=0.185)，彗差增大可使UCVA下降,垂直彗差如为正值,其UCVA相对较差。张丰菊等[8]研究发现在4 mm 瞳孔直径下最佳矫正视力(best corrective visual acuity ,BSCVA)与C31 有显著的负相关性(r=0.147, P =0.05) 。提示C31为负值可能对BSCVA 是有益的。但当瞳孔散大至5mm后,C31以及C3+1、C40均与BSCVA 无明显相关性,提示在大瞳孔下BSCVA 受多种因素的影响,而不能只考虑单一因素;(3)C31与柱镜的负相关有统计学意义(P<0.05)，C31与等效球镜在瞳孔小于7mm时的负相关有统计学意义(P<0.05)，C40(球面像差)与球镜在瞳孔大于5mm时的正相关有统计学意义(P<0.05)。RMS3、RMS4、RMS5、RMS6、RMSh与球镜、柱镜、等效球镜的相关性无统计学意义(P>0.05)。研究结果提示，垂直彗差与散光有关，散光越大,垂直彗差越小(即负值越大)。各阶像差均方根值与总高阶像差与屈光无相关性，这提示正视人眼整体像差成分间存在一定的交互作用,使其能“中和”由散光引起的与彗差相关的像差值。虽然人眼作为一个光学结构,不可避免会存在一些光学缺陷,但人眼毕竟不是一件简单的光学仪器,各部分间存在相应的物理心理生理交互过程,使其自身具有一定的消像差作用,从而补偿物理性缺陷,降低光学缺陷的影响程度[8];(4)40岁之前，C31与年龄的负相关有统计学意义(P<0.05)，C40与年龄的相关性无统计学意义，但在瞳孔小于7mm时呈负相关趋势(P>0.05)。RMS3在瞳孔为4，6，7mm与年龄的负相关有统计学意义(P<0.05)，在瞳孔为5mm时也与年龄呈负相关趋势(r=0.187,P=0.097), RMSh在瞳孔小于7mm时与年龄的负相关有统计学意义(P<0.05)，在瞳孔为7mm时也与年龄呈负相关趋势(r=0.205, P=0.068)。Brunette等[9]研究发现，在40岁之前高阶像差会逐渐下降到一个最低点，然后随着年龄的增长而增长，其变化可以用一个二元回归多项式来表示[10]。本研究人群年龄16～35(平均21.9±3.4)岁，也呈现出高阶像差随着年龄的增长减少,由此推测，这种年龄和高阶像差的关系不受地区和种族的限制,但样本量大小和年龄范围可能是个别结果缺乏显著相关性的原因，故尚需增大样本量进一步确定;(5)本研究结果显示，C40，RMS3，RMS4，RMSh散瞳后比散瞳前明显增加，差异有统计学意义(P<0.01)，C31也有增加趋势(P>0.05)。这是因为瞳孔散大后以球差为主的周边屈光系统更多参与成像导致球差增大。彗差的增加主要是瞳孔的偏中心，而且这种偏中心随瞳孔增大而增加[11];(6)C31与WOG在瞳孔大于等于5mm时的正相关有统计学意义(P=0.016)，C31与WG，Red test呈正相关趋势(P>0.05)。结果提示,C31趋向于越小，即负值越大，视力越好，对比敏感度越高。有研究发现，UCVA达到20/12.5甚至更好的海军眼的高阶像差并不比UCVA达不到上述数值的高阶像差少，而飞行员眼中的值更高，比如彗差[12]。这些都提示C31为负值可能对人眼的视觉质量有益，但目前除本研究外国内尚无大样本的系统报告。

　　本研究结果提示，正视人眼和已经证实的屈光不正人眼的高阶像差特性有很多相似之处，人眼成像系统的复杂性决定了高阶像差临床意义及其与视功能关系的多样性，并非所有的高阶像差对人眼视觉质量均有害，部分高阶像差可能是有益的，其对视觉质量的影响尚待进一步研究，这样有利于指导临床屈光矫正手术方法的合理化实施，具有重要的社会意义。

　　【参考文献】

　　1 Howland HC,Buettner J. Computing high order wave aberration coefficients from variations of best focus for small artificial pupils. Vision Res1989;29(6):979983

　　2 Maeda N. Wavefront technology in ophthalmology. Curr Opin Ophthalmol2001;12:294299

　　3 Seiler T, Dastjerdi MH. Customized corneal ablation. Curr Opin Ophthalmol2002;13:256260

　　4 Applegate RA, Marsack JD, Ramos R, et al. Interaction between aberrations to improve or reduce visual performance. J Cataract Refract Surg2003;29:14871495

　　5 Mrochen M, Kaemmerer M. Increased highorder optical aberrations after laser refractive surgery. J Cataract Refract Surg2001;27(3):362369

　　6 Kaemmerer M, Mrochen M, Mierdel P, et al. Clinical experience with the Tscherning aberrometer. J Refract Surg2000;16:S584587

　　7 Mrochen M, Kaemmerer M, Seiler T. Clinical Results of Wavefrontguided laser in Situ Keratomileusis 3 months after Surg. J Cat Ref Surg2001;27(2):201207

　　8张丰菊,杨璐.近视及近视散光眼高阶像差的研究.眼视光学杂志 2006;8(2):112

　　9 Brunette I, Bueno JM, Parent M, et al. Monochromatic aberrations as a function of age, from childhood to advanced age. Invest Ophthalmol Vis Sci2003;44:54385446

　　10刘峰,黄永健,许曼,等.眼的高阶像差与视觉质量.国际眼科杂志 2007;7(4):11131115

　　11 Paquin MP, Hamam H, Siomonet P. Objective measurement of optial aberrations in myopic eyes. Optom Vis Sci2002;79:285291

　　12 Amesbury EC, Schallhorn SC. Contrast sensitivity and limits of vision. Int Ophthalmol Clin2003;43(2):3142