復(fù)曲面人工晶狀體成像質(zhì)量實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、角膜散光是一種常見的屈光不正，約有20％的白內(nèi)障患者角膜有不同程度的散光。在白內(nèi)障手術(shù)中控制術(shù)后散光，一直是手術(shù)醫(yī)生關(guān)注的問題。通過白內(nèi)障手術(shù)切口的設(shè)計(jì)可以簡(jiǎn)便有效的矯正低度散光，但這種方法的可預(yù)測(cè)性較差，并且隨著白內(nèi)障手術(shù)技術(shù)的不斷進(jìn)步，手術(shù)切口越來(lái)越小，可以提供矯正散光的效果越小。不同技術(shù)的角膜松解切口術(shù)也可以用于手術(shù)中矯正角膜散光，主要缺點(diǎn)是穩(wěn)定性差，有出現(xiàn)角膜穿孔，甚至切口組織溶解的危險(xiǎn)，限制了其在臨床的應(yīng)用。
　　 散

2、光型人工晶狀體(intraocular lens，IOL)是一種將散光的toric面與球面相融合新型屈光型IOL，目前臨床研究表明，Toric IOL能有效地矯正角膜散光提高裸眼視力。對(duì)不規(guī)則的角膜散光-圓錐角膜、角膜移植術(shù)后、角膜外傷瘢痕等，使用Toric IOL仍然能矯正部分散光使患者視力獲得一定程度提高。
　　 復(fù)曲面IOL雖然在屈光度上能有效矯正角膜散光，提高患者視力，但其復(fù)雜的光學(xué)結(jié)構(gòu)使其在很多方面的光學(xué)質(zhì)量仍然存在雙

3、眼徑線成像不等大的融合問題、徑線屈光度差異對(duì)Toric IOL焦深、縱向色差的影響等疑問;同時(shí)Toric IOL不可避免存在偏心、傾斜和散光軸位旋轉(zhuǎn)等位置誤差對(duì)IOL成像質(zhì)量的影響是目前探討的熱點(diǎn)。
　　 隨著波前像差技術(shù)的進(jìn)步人工晶狀體眼的像差的認(rèn)識(shí)及矯正使IOL成像質(zhì)量進(jìn)一步提高，患者的視覺質(zhì)量獲得更大的改善。對(duì)于Toric IOL進(jìn)行光學(xué)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，優(yōu)化球差(sphrecial aberration，SA)，是否能獲得和球

4、面IOL相同的光學(xué)質(zhì)量的提高？由于Toric IOL存在著比旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的IOL更多的誤差指標(biāo)，如何使Toric IOL光學(xué)質(zhì)量提高同時(shí)擁有對(duì)誤差更好的耐受性是本研究的目的。
　　 第一部分基于模型眼復(fù)曲面人工晶狀體成像質(zhì)量實(shí)驗(yàn)研究
　　 目的:評(píng)價(jià)復(fù)色光環(huán)境下球面、非球面、Toric IOL的成像質(zhì)量、焦深及縱向色差。
　　 方法:在Zemax光學(xué)設(shè)計(jì)軟件中建立Hwey-Lan Liou模型眼，使用光線追跡法計(jì)算，

5、評(píng)價(jià)TecnisZA9003 IOL、SN60AT IOL、Toric IOL復(fù)色光的成像質(zhì)量、縱向色差和焦深。
　　 結(jié)果:復(fù)色光環(huán)境下非球面IOL成像質(zhì)量仍然優(yōu)于球面IOL; ToricIOL與球面IOL有相近的成像質(zhì)量。材料色散系數(shù)小的IOL有較小的縱向色差;球面SN60AT和Toric IOL有相同的縱向色差;短波長(zhǎng)的光線的縱向色差大于長(zhǎng)波長(zhǎng)。球面IOL和Toric IOL隨著瞳孔直徑增大離焦調(diào)整傳遞函數(shù)降低，并且向負(fù)離

6、焦方向偏移;非球面IOL隨著瞳孔直徑增大保持較好的離焦調(diào)制傳遞函數(shù)，但焦深明顯減小。
　　 小結(jié):
　　 (1) Toric IOL有與球面IOL相近的成像質(zhì)量。
　　 (2) Abbe數(shù)越大，IOL的縱向色差越小。
　　 (3) Toric IOL、球面IOL和非球面IOL的焦深隨著瞳孔直徑的增大而減小;而且Toric IOL、球面IOL對(duì)負(fù)離焦耐受較好。
　　 (4) 非球面IOL對(duì)離焦的耐受

7、性較低，焦深較小。
　　 第二部分復(fù)曲面人工晶狀體偏心及旋轉(zhuǎn)對(duì)成像質(zhì)量影響的實(shí)驗(yàn)研究
　　 目的:評(píng)價(jià)Toric IOL旋轉(zhuǎn)偏心對(duì)成像質(zhì)量的影響和波前像差的改變。
　　 方法:模型眼中550nm波長(zhǎng)單色光，研究SN60AT和Toric IOL分別沿從0°～90°每間隔5°子午線從中心偏離，分別偏心0.25mm、0.5mm、0.75mm，Toric IOL在模型眼中旋轉(zhuǎn)3°、5°、7°、10°，評(píng)價(jià)偏心和旋轉(zhuǎn)對(duì)的成

8、像質(zhì)量和波前像差的影響及旋轉(zhuǎn)對(duì)殘留屈光度的影響。
　　 結(jié)果:在IOL居中SN60AT IOL與Toric IOL的成像質(zhì)量非常接近，并且都隨著瞳孔直徑的增大成像質(zhì)量降低;在軸位準(zhǔn)確，散光完全矯正的情況下，Toric IOL偏心不受方向的影響，沿0°～90°各子午線屈光力不同方向偏心時(shí)成像質(zhì)量幾乎保持不變。
　　 SN60AT IOL與Toric IOL隨著偏心增加RMS逐漸增大，主要是彗差的增加，伴隨少量三葉草像差和散

9、光的增加。
　　 隨著Toric IOL旋轉(zhuǎn)的增加，高空間頻率成像質(zhì)量降低明顯;ToricIOL旋轉(zhuǎn)主要引起散光的增大，不伴有高階像差的增加。Toric IOL旋轉(zhuǎn)不但造成殘留散光的增加，還伴有球鏡的增大。
　　 小結(jié):
　　 (1) Toric IOL成像質(zhì)量略低于球面IOL; Toric IOL偏心成像質(zhì)量不受偏心方向的影響，只與偏心量有關(guān);Toric IOL對(duì)偏心的耐受性與球面IOL非常接近。
　　

10、 (2) Toric IOL偏心引起波前像差的變化主要是彗差增加，同時(shí)有少量散光和三葉草像差的增加。
　　 (3) Toric IOL旋轉(zhuǎn)帶來(lái)散光和球鏡的增加，不伴有高階像差的增加。
　　 第三部分復(fù)曲面人工晶狀體優(yōu)化及對(duì)成像質(zhì)量影響的實(shí)驗(yàn)研究
　　 目的:對(duì)于Toric IOL的球差進(jìn)行優(yōu)化，設(shè)計(jì)不同球差的Toric IOL，并且對(duì)不同球差Toric IOL的旋轉(zhuǎn)、偏心的耐受性及成像規(guī)律進(jìn)行研究。
　　

11、 方法:模型眼中在550nm波長(zhǎng)單色光條件下，對(duì)復(fù)曲面人工晶狀體進(jìn)行兩個(gè)步驟的優(yōu)化:
　　 1.復(fù)曲面人工晶狀體球面結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，優(yōu)化函數(shù)設(shè)定人工晶狀體前、后表面曲率半徑和厚度為可變參量，以ZERN函數(shù)第11項(xiàng)C04最小為目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化。
　　 2.復(fù)曲面人工晶狀體球差的優(yōu)化，優(yōu)化目標(biāo)設(shè)計(jì)為:-0.26μm、-0.1μm和0μm球差的復(fù)曲面人工晶狀體。優(yōu)化函數(shù)設(shè)定ZERN函數(shù)第11項(xiàng)分別以C04為0μm、0.16μm、0.2

12、6μm為目標(biāo)，對(duì)人工晶狀體前表面Q值和2、4階非球面系數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。
　　 球面和非球面Toric IOL在模型眼中沿x軸分別偏心0.25mm、0.5mm、0.75mm，評(píng)價(jià)其成像質(zhì)量和波前像差的改變;;旋轉(zhuǎn)3°、5°、7°、10°，評(píng)價(jià)其對(duì)成像質(zhì)量及波前像差影響。
　　 球面和非球面Toric IOL在模型眼中分別在3mm、4mm、5mm瞳孔直徑隨機(jī)偏心0～0.5mm，旋轉(zhuǎn)0°～5°，進(jìn)行1000次模擬，結(jié)果進(jìn)行蒙特卡洛

13、分析。
　　 結(jié)果:居中時(shí)非球面Toric IOL都有非常好的成像質(zhì)量，明顯優(yōu)于球面結(jié)構(gòu)的Toric IOL，隨著瞳孔直徑的增大更加明顯。3mm瞳孔偏心0.25mm，球面和非球面Toric IOL都有與居中時(shí)相近的MTF，對(duì)0.25mm偏心的耐受較好。偏心0.5mm時(shí)，-0.26μm球差的Toric IOL的成像質(zhì)量下降并且低于0μm球差和-0.1μm球差的IOL。偏心0.75mm時(shí)，0μm球差的Toric IOL在中低空間頻率

14、優(yōu)于其他IOL。4mm瞳孔偏心0.25mm時(shí)，-0.1μm球差的Toric IOL成像質(zhì)量最好。偏心0.75mm時(shí)-0.1μm球差的Toric IOL優(yōu)于球面和其他非球面Toric IOL。5mm瞳孔直徑時(shí)，偏心0.25mm時(shí)-0.26μm球差的Toric IOL中低空間頻率優(yōu)于其他Toric IOL，高空間頻率MTF與0μm球差和-0.1μm球差的IOL接近。偏心0.75mm時(shí)-0.26μm球差I(lǐng)OL的MTF與球面Toric IOL接

15、近，0μm球差和-0.1μm球差的IOL略優(yōu)于球面Toric IOL。
　　 小結(jié):
　　 (1)居中時(shí)非球面Toric IOL能有效的提高模型眼的光學(xué)質(zhì)量;-0.26μm球差的Toric IOL成像質(zhì)量最好。
　　 (2)存在偏心和旋轉(zhuǎn)誤差時(shí)非球面Toric IOL的成像質(zhì)量仍然優(yōu)于球面Toric IOL，-0.1μm球差的Toric IOL即有較好的成像質(zhì)量，又有較好的對(duì)誤差的耐受性。
　　 (3)對(duì)

16、Toric IOL球差適量的優(yōu)化，可以提高模型眼的成像質(zhì)量，同時(shí)保持對(duì)偏心和旋轉(zhuǎn)誤差的耐受性，在綜合情況下獲得更好的光學(xué)質(zhì)量。
　　 第四部分復(fù)曲面人工晶狀體個(gè)體化模型眼成像質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)研究
　　 目的:采集患者眼部解剖參數(shù)，利用Zemax光學(xué)設(shè)計(jì)軟件建立個(gè)體化模型眼，研究不同球差的Toric IOL植入后的視覺質(zhì)量。
　　 方法:Pentacam采集患者手術(shù)前的角膜地形圖。IOLMaster測(cè)量患者眼軸長(zhǎng)。Mat

17、lab4.5數(shù)學(xué)計(jì)算軟件中采集5×5mm范圍角膜前表面高度圖數(shù)據(jù)使用最小二乘法根據(jù)雙二次曲線方程進(jìn)行擬合，建立前角膜表面散光模型，采集5×5mm范圍角膜后表面高度圖數(shù)據(jù)根據(jù)二次曲線方程擬合建立角膜后表面模型。在Zemax光學(xué)設(shè)計(jì)軟件構(gòu)建個(gè)體化模型眼。散光角膜模型的平坦軸置于y軸，陡峭軸置于x軸;角膜厚度使用該例角膜地形圖中央最薄點(diǎn)厚度數(shù)據(jù);IOL的前表面置于相應(yīng)的ELP(effective thin-lens position，ELP)

18、。
　　 在550nm波長(zhǎng)條件下，計(jì)算個(gè)體化模型眼6mm直徑角膜球差(spherical aberration，SA)。
　　 強(qiáng)光環(huán)境(300Td)，瞳孔直徑為3mm;暗光環(huán)境(0.3-1Td)，瞳孔直徑為5mm;根據(jù)兩種條件下的神經(jīng)傳遞函數(shù)，計(jì)算每一個(gè)模型眼的對(duì)比敏感度。
　　 結(jié)果:個(gè)體化模型眼角膜前表面平坦軸Q值:-0.12±0.22;陡峭軸Q值:-0.12±0.23;后表面Q值:-0.43±0.37;角

19、膜平均球差為:0.23μm±0.18μm（-0.15μm～0.42μm）。
　　 強(qiáng)光環(huán)境非球面Toric IOL的RMS和球差都優(yōu)于球面IOL;全矯球差的Toric IOL對(duì)比敏感度在各空間頻率都優(yōu)于其他IOL。暗光環(huán)境非球面Toric IOL的RMS和球差也優(yōu)于球面IOL;全矯球差的Toric IOL在中高空間頻率都優(yōu)于其他IOL，低空間頻率與其他球差的非球面Toric IOL對(duì)比敏感度差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
　　 小結(jié)

20、:
　　 (1)角膜高度數(shù)據(jù)對(duì)雙二次曲面公式的擬合可以準(zhǔn)確建立角膜散光模型。
　　 (2)非球面Toric IOL能有效的抵消散光角膜球差，提高個(gè)體化模型眼大部分空間頻率的對(duì)比敏感度。
　　 結(jié)論:
　　 1、Toric IOL與球面IOL有相近的成像質(zhì)量及離焦特性。
　　 2、Toric IOL與球面IOL對(duì)偏心的耐受性也相近。偏心造成波前像差的變化主要是彗差的增加。Toric IOL的旋轉(zhuǎn)主要