高阶像差

儿童远视合并弱视眼的高阶像差与视觉质量的关系

【摘要】 目的：探索儿童远视弱视眼的高阶像差与屈光度及对比敏感度的关系。方法：66例远视弱视患儿经10g/L阿托品散瞳7d后进行检影并使用Allegretto波前像差仪进行像差测定；20d待瞳孔完全恢复后在完全矫正屈光不正情况下用CSV1000对比敏感度灯测试其暗室对比敏感度。结果：带状检影球镜度为+2.60±1.76D，柱镜度为+1.15±0.98D，散光轴为82.83±27.93。而波前像差测得的值分别为+2.76±1.69D，+1.35±1.02D，85.37±30.72D。随着球镜值增大，各阶像差值亦增大。中、低度弱视组两两比较，RMS1,RMS5，RMSh差异有显著性(P<0.01), 中低度远视组两两比较RMS2，RMSg及C12差异有显著性(P<0.01)。弱视患儿全频段对比敏感度均下降，尤其高频区下降显著，高阶像差中C8及C12与高频段对比敏感度有相关性。结论：波前像差检查及对比敏感度检查均能较正确，全面地反映弱视儿童眼的屈光度及视觉质量，可作为远视、弱视儿童屈光检查的一种客观手段。有助于了解儿童弱视的原因及追踪观察其治疗的转归。

【关键词】 远视；弱视；波前像差；对比敏感度；屈光

Relationship between the higher order aberrations and the diopter as well as contrast sensitivity in children with hyperopic amblyopia

Ang Li,Jun Zeng

1Department of Ophthalmology, Hunan Provincial Peoples Hospital，

Changsha 410005, Hunan Province, China; 2Department of Ophthalmology, the Second Affiliated Hospital of Xiangya School of Medicine, Central South University, Changsha 410007, Hunan Province, China

AbstractAIM: To investigate the relationship between the higher order aberrations and the diopter as well as contrast sensitivity in children with hyperopic amblyopia.METHODS: Sixty

six cases of children with hyperopic

amblyopia were dilated the pupils with atropine for seven days and a retinoscopy was executed for everyone. The wavefront analyzer was also used in the study; When the pupils regained the normal diameter 20 days later, the contrast sensitivity was measured by the CSV1000 in a dark room. RESULTS: The mean refractive states of the children were +2.60±1.76D(hyperopic diopter) and +1.15±0.98D(astigmatic diopter) with an axis of 82.83±27.93 by barred

retinoscopy. While recorded by the wavefront aberrations they were +2.76±1.69D and +1.35±1.02D respectively with an axis of 85.37±30.72D.With the increase of the hyperopic diopter, the aberrations at all levels increased. The differences of RMS1,RMS5 and RMSh in the middle and low amblyopic group was as significant as the differences of RMS2,RMSg and C12 in the middle and low hyperopic group (P<0.01). The contrast sensitivity of the children decreased at all frequencies, especially at high frequency. The C8 and C12 at higher order aberrations had significant correlation with the contrast sensitivity at higher frequency. CONCLUSION:The wavefront aberrations and contrast sensitivity can correctly evaluate refractive degree and visual quality in children with hyperopia and could be used as an objective measure. At the same time , they are useful in investigating the cause of amblyopia and effect of the therapy.

KEYWORDS: hyperopia;amblyopia;wavefront aberration;contrast

sensitivity;refraction

0引言

作为一种重要的光学系统，实际人眼除具有像散等像差外，还具有不规则的高阶像差，如球差、彗差等。这些像差影响人眼的视觉功能，易引起眩光，晕光，以及低照明光下视力下降等现象[13]。对视觉质量要求的进一步提高促使我们去研究、矫正各阶像差。对比敏感度（contrast sensitivity，CS）是反映人眼辨认平均亮度下2个可见区域差别能力的指标，为人眼对恰好能识别出的某一空间频率（视标大小、粗细）的黑白相间光栅或条纹阀值的倒数，分低度组。

为空间对比敏感度（SCS）和时间对比敏感度（TCS）。CS可用于眼科许多疾病的视功能的检测，如自内障，青光眼，屈光不正，弱视等。我们进行了远视、弱视儿童66例132眼的波前像差及对比敏感度的测量。对其波前像差进行比较分析，并对其波前像差与对比敏感度的关系进行分析。从而探索远视、弱视眼的高阶像差与对比敏感度的关系，为远视、弱视患儿的诊断及治疗提供客观依据。表1等级球镜对各阶像差的影响（略）

1对象和方法

1.1对象

我院门诊200512/200611就诊的远视合并弱视患儿66例132眼。其中男29例

58眼；女37例74眼。年龄5～13（平均8.34±1.91）岁；屈光度（等效球镜）为+0.50～+7.50（平均+2.60±1.76）D；柱镜范围为0～+4.00（平均+1.15±0.98）D；其中球镜0～+3.00(平均+1.41±0.83)D者67眼；+3.00～+6.00（平均+3.79±0.86）D者41

眼；>+6.00D者24眼。柱镜＜+2.00(平均+0.84±0.46)D者86眼；≥+2.00（平均+2.43±0.49）D者27眼。矫正视力后轻度弱视68眼，中度弱视眼。

1.2方法

常规检查：所有研究对象均接受视力、裂隙灯、眼底镜检查。所有患儿视力用标准对数视力表检查以小数记录。然后用10g/L阿托品眼膏涂眼7d，2次/d，再进行散瞳下带状光检影获得散瞳屈光度，测量角膜曲率，符合入选标准的研究对象再进行对比敏感度和波前像差的检查。

1.2.1波前像差检查

获取图像:输入被检者姓名、年龄、眼别以及各眼的散瞳屈光度，包括球镜、柱镜及轴向。我们采用Tscheruing波阵面像差分析仪测量（德国Wavelight Laser Technuologie AG）。此波前像差分析仪主要分为两部分：图像捕捉系统和图像处理系统。图像捕捉系统由红外YAG激光、透镜、红外摄像机以及照相机组成。嘱被检者注视激光点光栅中心的靶子上，同时采用红外跟踪系统确保被检测眼的中心。视网膜图像由与计算机相连的高敏感性CCD（charge coupled device，电荷耦合装置）照相机采集。被检测眼的像差由视网膜图像上的每个点的位置与其理想状态下相应的位置的偏差计算得出。所有检查均由同一人操作，每眼重复检查4次，所获得的四幅像差图，图形有良好的相似性，中心偏差X,Y轴≤±0.1mm，Z轴≤±0.2mm。选择低阶像差（近视和散视）与散瞳验光误差最小。高阶像差图形和均方根（RMS）值重复性最好，原始摄图对焦最理想，中心偏位最少的一次检查结果入围本次研究。所有检查均在相同条件下由同一人操作。波前像差图像的处理和分析图像处理系统由计算机组成，屏幕将显示三维的像差图形和各像差值。波阵面像差可近似地用Zernike多项式的均方根（root mean square、RMS）表达，均以μm计算。像

差分六阶：一阶（C1～C2）和二阶（C3～C5）为倾斜，散光和离焦（正视和远视）属低阶像差，三阶至六阶为高阶像差，三阶像差（C6～C9）包括彗差，四阶像差（C10～C14）包括球差，五阶像差（C15～C20）包括次级彗差，六阶像差（C21～C27）包括次级球差，RMS3至RMS6分别代表三阶至六阶像差的均方根值，RMSh代表总的高阶像差的均方根值。

1.2.2对比敏感度的检查

我们采用CSV1000对比敏感度测试仪测试。受试者3wk后待瞳孔缩回至正常状态下，双眼矫正至最佳视力，距离为46cm，光照度为150Lx，注意力集中，每测试1次，休息1～2min，然后进行下次测试，1眼测试时，另1眼遮盖。分别做单眼视状态下的4种空间频率即3,6,12和18周/度（ cycles per degree, cpd）的对比敏感度测试，每个空间频率上有8个光栅格，鼓励受试者尽力去观看，直到每个空间看不出任何光栅条纹的方向为止。在记录的表格中的相应位置记录下每排最后回答正确的一个光斑，作为其对比敏感度阈值的最终记录点。所有检查均在相同条件下由同一人操作。

统计学分析：所有数据均采用SPSS 11.5统计软件包进行处理。研究对象一般资料及各屈光参数均数皆采用均数±标准差（±s）表示。采用配对t检验，单因素方差分析比较屈光不正高度组与低度组的高阶像差的差异性，不同散光度下的高阶像差的差异性，不同矫正视力下各阶像差值的差异性，用Person等级相关用于分析各像差值与对比敏感度值在数量上的相关性。

2结果

不同组别的波前各阶像差的比较：波前像差球镜，柱镜及散光轴与10g/L阿托品眼膏

散瞳后带状光检影结果的比较，本组132眼带状检影球镜度为+2.60±1.76D，柱镜度为+1.15±0.98D，散光轴为+82.83±27.96。而波前像差仪测得的球镜度为+2.76±1.69D，柱镜度为+1.35±1.02D，散光轴向为85.37±30.72,用单因素方差分析，球镜度、柱镜度和散光轴向的差异均无显著性。屈光度数对各阶像差的影响（D，±s）。等级球镜对各阶像差的关系RMS2,RMS3,RMS4,RMS5,RMSg,C9,C12与屈光度数有相关性。相关系数分别为0.758，0.201，0.214，0.236，0.742，0.227,0.379。在低中度组比较可见各阶像差值中度组均高于低度组，两组比较各阶像差仅RMS2，RMSg及C12差异有显著意义（P＜0.05，表1）。柱镜度与三叶散光、彗差、球差之间的关系，随着远视散光度增加三叶散光、彗差、球差都增加，但两两比较C6差异有显著性(P＜0.05)，其余均无差异显著性（表2）。不同矫正视力与各阶像差值的比较，低度弱视与中度弱视组比较RMS1与RMS5及RMSh差异有显著性P＜0.01，其他像差值和矫正视力比较差异无统计学意义，但轻度弱视组中各阶像差值均明显低于中度弱视组（表3）。比较各像差值与对比敏感度之间的相关性。低频区（3c/d）与S1,S4,Sh有关。中频区（6c/d）与各阶像差值无关。高频区（12～18c/d）与S4,C12有关﹙图1，2)。表2不组散光下的彗差、球差和三叶散光(略）表3不同矫正视力下各阶像差值(略）

3讨论

波前和波前像差作为物理学概念早已存在于所有的光学系统。而人眼球是一种极其复杂的光学系统，因此，它同样存在波前和波前像差。在某一时点，振动传播方向上同位相的点所形成一个面，称为波阵面，简称为波前。如果入射光为单色近轴光，物体上的一个点经过理想光学系统可获得一个清晰的像点。在理想成像的情况下，点光源经过光学系统后所形成的像应是一个以理想像点为中心的球面，即理想波前。因此，波前是光波连续性的同相表面，波前与光线前进的方向垂直。出现不清晰的像点表明其不是由理想的波前聚集形成。如果光学系统出射波面变形那实际的波前则为不规则球面，其与理想波前间的偏

差，即为波前像差[4]。从几何光学角度可将像差分为色像差和单色像差[5]。人眼并非理想的光学系统，单色光成像时又可以分为球差、彗差、场曲、像散和畸变等5种像差。白色光成像时，还可同时产生轴向色差和垂直色差。波前像差是衡量光学系统成像质量的重要指标。通过它可以推算出评价光学系统成像性质和图像对比敏感度的四个函数：相位传递函数，调制传递函数，点扩散函数，线扩散函数[6]。人眼由于受到各种倾斜，非对称和非同心等光学缺陷的影响，其轴仅见近似的假想轴线，视网膜上的像存在不同程度的扭曲和模糊，这便是人眼像差。在影响视网膜成像的像差因素中，最重要的是球差和色像差。

人眼波前像差来源于：(1)角膜与晶状体的表面曲度存在局部偏差；(2)眼屈光介质不同轴；3眼屈光介质的内容物质不均匀，从而造成折射率的局部偏差。波前像差检测仪大体分为主观法和客观法两种类型。如：激光光路追踪法（LRT）[7]，Shack

Hartman[8]，

Hartmann

感受器和Tscherning感受器[8]，和空间分辨析射仪（SRR）[7]。LRT，Shack

感受器和Tscherning感受器均是客观测量波前像差的方法，像点的清晰度是依据视网膜的反射光判断，客观性检查法需要成像系统分析从视网膜反射回的信息，而反射回来的信息是从视网膜脉络膜等多层次而来的，因此参照焦点平面定义的像差并不像主观法那么准确。而SRR是一种心理物理学方法，需要检查者的配合，同时通常耗时较长，这种检查方法缺点是需要移动受检者和需要受检者配合。成像点的清晰度由患者主观判断，测量速度较快，测试的每条光线依次入眼，患者反应迟钝时误差增大，但高阶像差的精确度依然高。目前应用在Wavelyht Allegretto系统、Ladar Vision激光系统、Laser Sight系统的是客观性检测法如Shack－Hartmann波前检测和Tscheruing波前检测。而我们进行的波前像差仪为Tscheruing波前检测系统，此种为视网膜成像波前测量法。波前像差的形成由在视网膜上成像的偏差而定，因此叫“视网膜成像”法。这种波前检测的形成是由Tscheruing原理来进行描述的。激光束经校准平行后通过一个13×13即169小孔的屏，从而产生了整齐排列的数个光点（去除中心光点），从而在视网膜上成像。在经过眼介质时，光点的排列会由于介质的不规则而产生偏差，这种扭曲的光点排列会通过一个同轴的相机记录下来

[9]。光点和无像差时光点位置的偏差可用于精确计算波前的形态（Seiler法）[10]。目前，虽然用于测量人眼像差的波前像差仪（镜）有多种，但多采用Zernike多项式和波前像差图表达其测量结果。像差图显示的是经过瞳孔中心光线与其他经过屈光系统光线的光程差[11]，将结果以二维或三维伪彩图形表示。如果要对像差进行深入研究，必须以数字对像差进行描述。Zernike多项式是计算各条光线的光程（实际波前）与通过瞳孔中心的主光线的光程（理想波前）的差值，即为各条光线的波前像差。通过Zernike多项式，可以量化眼光学系统的像差。常用的Zernike多项式为7阶35项，其中一阶与二阶是常规的低阶像差，在常规验光中可用球镜度、柱镜度及散光轴表示。而三阶以上为高阶像差，包括彗差、三阶球差、像散、场曲、畸变等，用常规的验光手段无法测量。如Zernike多项式的第1项为x轴倾斜，第2项为y轴倾斜，第3项为0°和90°散光，第5项为45°和135°散光，第4项为离焦，即近视或远视，第9项为x轴彗差，第为y轴彗差，第12项为球差，其他各项则不包含在经典几何光学理论之内。

波前像差现已由单纯的物理光学概念变为影响人眼视功能的研究方向，在眼科临床中应用广泛。Burns在应用SRR研究调节对波前像差影响时发现眼的屈光系统在消除调节时，视网膜成像质量是最好的[12]。我们每个患者在经过10g/L阿托品7d散瞳后眼调节基本消除可发现视网膜检影的数值和Wavelight波前像差仪测量的低阶像差数值均极为相似，差异无显著性。因此，波前像差仪可作为补充传统验光的一种好方法。Liang等首次报道用波前感受器测量人眼屈光系统的总体像差，随后出现了大量关于近视眼高阶像差研究分析报道。波前像差概念的提出对解决屈光系统的像差问题，尤其是角膜屈光手术所导致的视觉质量问题有重要的实验和临床价值。许多研究表明角膜屈光手术后高阶像差值增大，而且术后并发症也与高阶像差值的增加有关。近年来，国内外许多学者使用波前像差引导的“个性化切削”屈光手术，发现术后BSCVA（最佳矫正视力）显著提高，并发症明显减少。手术效果令人满意。因此，应对术前高阶像差偏高的患者，尤其是球差，彗差较高者，暗光下瞳孔较大的患者，以及有特殊要求的患者如夜间驾驶，参军等，以及传统屈光手术

后的某些并发症如眩光，光晕，夜间视物模糊等给予波前引导的“个性化切削”。He等[13]研究发现20%的近视眼患者各阶RMS值均高于正视眼，认为高阶像差可能在近视的发展中起一定的作用。我们在此研究中发现远视弱视儿童的各阶像差值随屈光度增加而增加，我们推测高阶像差可能在远视、弱视的发展中起一定的作用。有研究表明RMS4，RMS6随散光度数增加而增加，而散光度数增大球差增加[11]。也有研究认为散光增大，彗差增加。我们的结果显示（表2），远视儿童散光度增加，各高阶像差如三叶散光，彗差，球差都增大，但两两比较仅C6差异有显著性。

根据视网膜结构，人眼视力最好可达到20/10，甚至更好，然而视觉敏感度受视网膜的分辨力，瞳孔的作用，及眼球的光学系统，如角膜、晶状体，玻璃体的光学像差等多方面的[14]。当视网膜分辨力和瞳孔相对稳定情况下，人眼像差就显得十分重要。我们研究结果显示矫正视力中低度组比较RMS1, RMS5以及 RMSh差异有显著性。而与其他高阶像差无统计学意义。但是轻度弱视组中各阶像差值均明显低于中度弱视组（表3）。由于重度弱视组患儿年龄太小，无法合作检查，未纳入对比组故无统计学意义。故高阶像差是否影响弱视程度，需进一步研究。

屈光不正对高阶像差均有影响，本结果显示，球性和柱性屈光不正和球差、彗差以及主要和高阶像差均表现出广泛的相关性，其中最密切的为球性屈光不正与球差的相关性。有关理论说明，屈光不正对球差有影响，如球差和入射角成正比[15]。本研究亦证明，屈光不正的大小和球差有相关性，相关系数为0.379（P≤0.01）。而我们在临床上发现球差越大的患者影响视觉质量程度越深。在屈光手术方面进行球—柱像差的消除有利术后视觉质量的提高。而在儿童远视弱视治疗方面亦相同，弱视经过一段时间的治疗后视力提高，屈光不正度数减轻则球差数值减小，视觉质量提高，这与近视治疗的结果是一致的。我们在使用Wavelight波前像差仪测量弱视儿童的波前像差时发现了和别的像差仪同样的缺陷，对于远视屈光度>+6.00D的测量时图形较难出现，数据较难得出。而>+6.00D的远

视弱视患儿仍有相当的一部分，故我们觉得像差仪的设计尚待进一步研究后完善。目前多数的观点认为影响高阶像差的因素有眼部手术或外伤，年龄[16]，屈光不正，瞳孔大小和位置[17]，屈光调节力[18]以及被检者的合作程度有关。因此波前像差的测量精度还有待于进一步提高[19]。

视觉系统最重要的功能是形觉，即不仅感觉到物体的光，且能分辨它和认识它的形状。目前在临床上对它进行评价的主要手段是视力表，但是单纯用视力表检查视角的大小只能反映黄斑对于高对比度（即图形的反差很明显）的小目标的分辨功能，例如用黑字印在白纸上的视力表检查。两人的视力相等，换用黑字印在灰色纸上的视力表检查，两人的视力就不一定相等。CS的检测可更准确地反映患者的真实视力。即对比敏感度检查是在明暗对比度变化的情况下确定的视觉系统对不同空间频率的正弦光栅条纹的识别能力，是测试视标边缘与背景照明间对比分辨的能力。条栅越粗，空间频率越低，条栅越细，空间频率越高。一对明暗条栅称为一周，并以每度角所含的周数代替空间频率，单位是周/度（cyck/degree, cpd），每一空间频率均有对比度阀值。在同一空间频率，人眼所能识别的最小对比度称为对比敏感度阀值。阀值的倒数即为对比敏感度。将视角与对比度结合起来，测定人眼对各种不同空间频率的图形所能分辨的对比度，得出对比敏感度函数（CSF）。低频区主要反映视觉对比度情况，高频区主要反映视敏度，中频区较为集中反映视觉对比度和中心视力综合情况。

正常儿童的CSF随空间频率的变化可分为三个区段，低空间频率区（SF≤1.5c/deg），中空间频率区（SF1.5～6.04 c/deg），高空间频率区（SF≥6.0c/deg），CSF的峰值位于中空间频率区段，说明正常儿童的视觉系统对这一空间频率区的条纹的敏感程度较高。CS是弱视早期视功能仅有微小改变时最敏感的诊断指标，有研究表明弱视儿童与正常对照组相比，不同空间频率下CS有不同程度的降低，表明弱视儿童的CS阈值比正常儿童明显升高，斜视性弱视主要引起高频区CS下降；屈光参差性弱视则引起全频CS下降，剥夺性弱视仅

在低频区CS的下降表明严重的视力丧失。对早期弱视诊断很重要，对比敏感度与视力在治疗中呈平行上升，但在视力无改善时，对比敏感度可有所提高。而与正常儿童比较，弱视患儿的CSF曲线较正常儿童的CSF曲线低平，峰值向低空间频率区移位，中、高空间频率区的CSF明显受损。在我们的研究中发现，弱视患儿的对比敏感度为全空间频率的CSF受损，尤其是中高空间频率受损严重。

本实验的对比敏感度测量是在最佳眼镜矫正下进行的，所以此时离焦和像散已经不是主要的像差，而球差、彗差等高阶像差占主导地位。从理论上讲，高阶像差对高频低对比度的图形会产生影响。本研究的结果正显示高阶像差中球差对暗室高频段（12c/d）对比敏感度值有相关性，表明人眼高阶像差球差影响到人眼的对比敏感度，尤其是高频段的对比敏感度。儿童远视弱视的诊断和治疗应从弱视的发病机制出发，全面检查，总体考虑，明确年龄因素，矫正方法及各种眼球的异常及不同的光学改变对视力的影响。高阶像差及对比敏感度更细微更客观地反映视觉质量，在弱视的治疗中，虽然患儿视力无明显提高，但对比敏感度有所提高，高阶像差有所改变，提示在患儿治疗过程中，对比敏感度与高阶像差比视力反应更早。因此高阶像差和对比敏感度能较正确反映弱视治疗的效果，推断其愈后，我们认为高阶像差及对比敏感度的引入在指导小儿远视弱视的诊断、治疗和愈后方面，有重要的临床意义。

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