|
Hwey-Lan Liou模型眼中Toric人工晶状体旋转对成像质量的影响 张斌 马景学 刘丹岩 崔月先 杜颖华 杨欣 050000石家庄，河北医科大学第二医院眼科 通信作者：马景学，Email：15803210925@163.com DOI：10.3760/cma.j.issn.2095-0160.2017.03.011 张斌, 马景学, 刘丹岩, 等. Hwey-Lan Liou模型眼中Toric人工晶状体旋转对成像质量的影响[J]. 中华实验眼科杂志, 2017, 35(3):239-242. 【摘要】 背景 目前关于Toric人工晶状体（IOL）旋转造成散光残留的研究较多，但其对成像质量和波前像差带来的影响尚不清楚。 目的评价Toric IOL旋转对成像质量、波前像差及球镜和柱镜度残留的影响。 方法将 22.0 D T3、T4、T5型Toric IOL分别植入Hwey-Lan Liou精密模型眼，IOL后表面平坦轴置于X轴，陡峭轴置于Y轴，在波长为550 nm的单色光和瞳孔直径4 mm条件下采用Zemax光学设计软件模拟带有Toric IOL的角膜散光模型眼。将Toric IOL分别旋转5°和10°，分别测定Toric IOL在居中位及旋转位的调制传递函数（MTF）及离焦、散光、彗差、三叶草像差和球差，计算该条件下模型眼出现的球镜和柱镜的屈光误差。 结果Toric IOL居中时角膜散光可完全矫正，T3、T4、T5型Toric IOL的MTF非常接近，随着Toric IOL旋转度变大，40~60 c/d高空间频率下成像质量明显下降，3种晶状体MTF曲线均逐渐下降，以散光度大的T5型Toric IOL下降最为明显。Toric IOL旋转后彗差、三叶草像差和球差无明显变化，但散光度和离焦均增加。Toric IOL旋转后残留散光度增加，同时球镜度增大。 结论Toric IOL植入后位置的旋转导致眼的成像质量下降，散光度较大的Toric IOL旋转引起的MTF曲线降低更为明显。Toric IOL的旋转主要造成散光和球镜度的增加，但高阶像差不受影响。 【关键词】人工晶状体；散光；波前像差；调制传递函数；模型眼；计算机模拟 各种类型的人工晶状体（intraocular lens，IOL）植入眼内后都不可避免地存在不同程度的偏心和倾斜，对称结构的球面或非球面IOL偏心对成像质量的影响一直是相关领域的研究热点。不同球差和面型组合的球面和非球面IOL对偏心的耐受性差距较大。确保Toric IOL植入眼内后散光轴位的准确才能有效中和术眼的角膜散光状态[1-2]。Toric IOL轴位的旋转偏位可造成角膜散光和IOL散光，形成两个交叉轴向的柱镜度，从而形成新的散光度和散光轴向，与术前的目标屈光度产生误差[3-4]，每1°的旋转可使散光屈光度残留增加3.3%[5-6]，因此Toric IOL的旋转稳定性至关重要。临床研究表明，Arcysof Toric IOL植入后具有良好的旋转稳定性，术后平均旋转幅度为2.7°～4.1°[7-9]。Toric IOL旋转除了对散光矫正有影响外，是否会像球面或非球面IOL偏心时引入的高阶像差一样造成视觉质量的下降鲜见报道。本研究拟用模型眼研究Arcysof Toric IOL旋转对成像质量及波前像差的影响。 1.1 材料 1.1 Arcysof Toric IOL模型眼的建立 应用Hwey-Lan Liou精密模型眼[10]，参数见表1。参照文献[11-15]的方法使用Arcysof Toric IOL T3、T4、T5 3种型号的Toric IOL，参数见表2，材料均为丙烯酸，前表面为球面，置于模型眼角膜顶点后4.5 mm。模型眼角膜、房水以及玻璃体的Abbe数分别为55.5、50.4和51.3[16]。使用Zemax光学设计软件（ZEMAX Development Corporation, Bellevue, WA, USA）建立Hwey-Lan Liou模型眼，在模型眼中 22.0 D的T3、T4、T5 Toric IOL后表面平坦轴置于X轴，陡峭轴置于Y轴。 1.2 角膜散光的模拟 在波长为550 nm、瞳孔直径为4 mm的条件下，Zemax光学设计软件模拟带有Toric IOL模型眼，在其角膜顶点前插入一片理想薄透镜（折射率为1.376，Abbe数为55.5），并且以Zernike多项式散光项等于0为目标，分别自动优化薄透镜前表面X轴和Y轴上的曲率半径，Zernike多项式离焦项等于0，自动优化模型眼IOL后表面到视网膜的距离，使平行于光轴的光线通过理想薄透镜和Toric IOL聚焦于视网膜。建立模型眼的角膜散光度，并且可用相应的Toric IOL完全矫正。 1.3 Toric IOL旋转后成像质量的评估 在波长为550 nm条件下，设置Toric T3、T4和T5型IOL在模型眼中居中或分别旋转5°、10°，采集其在瞳孔直径4 mm条件下Toric IOL的调制传递函数（modulation transfer function，MTF）及离焦、散光、彗差、三叶草像差和球差的波前像差数据，并根据获得的波前像差离焦项C（2，0）和散光项C（2，-2）、C（2，2）的数据由公式1~4计算该条件下模型眼出现的球镜和柱镜的屈光误差[16-18]。由于波前像差不能直接用于比较残留球镜和柱镜的度数大小，所以根据公式1~4计算得到该状态下模型眼残留球镜和柱镜度并转换成为瞳孔平面的数据，用Origin pro 7.5制图软件绘图。 2.1 各种Toric IOL不同程度旋转后MTF值的改变 Toric IOL居中时角膜散光可完全矫正，因此T3、T4、T5 Toric IOL的MTF值非常接近。Toric IOL旋转5°和10°时，T3、T4、T5 IOL的MTF曲线变化趋势一致，0～20 c/d低空间频率时MTF曲线降低分离不明显（迅速降低，但曲线分离不明显说明对旋转成像质量影响相对较小），但在40~60 c/d高空间频率和20~40 c/d中空间频率时，随着旋转角度的增加MTF曲线下降明显（明显降低但曲线平坦），散光度较大的T5 IOL的MTF曲线降低较T3更为明显（图1）。 2.2 各种Toric IOL不同程度旋转后波前像差的变化 随着Toric IOL散光轴旋转偏心度增大，Toric IOL波前像差均方根（root mean square，RMS）逐渐增加，但是3种Toric IOL旋转后C（4，0）项球差、C（3，1）、C（3，-1）彗差和C（3，3）、C（3，-3）三叶草像差均未发生变化，而散光C（2，-2）、C（2，2）和离焦C（2，0）像差增加，均随着旋转角度的增大而增大（图2）。 2.3 Toric IOL不同程度旋转后残留散光和球镜度的变化 随着Toric IOL旋转角度的增大，模型眼角膜平面残留的散光度逐渐增大，散光度大的Toric IOL其残留的柱镜度更大，此外球镜残留屈光度增加。Toric IOL柱镜度越大，旋转引起的正球镜残留度数越大（表3）。 临床研究证实，角膜散光度较大的白内障患者手术中植入Toric IOL时若放置的位置准确则可以有效矫正角膜散光，使患者获得较好的视力[19-22]。白内障摘出术后眼呈无晶状体眼状态，其散光、球面像差等光学缺陷主要来自角膜。IOL面型结构的修正可以抵消角膜的光学缺陷，有些表面特殊的IOL面型结构，如-0.27 µm球差的非球面IOL居中时可有效抵消角膜的球面像差，获得非常好的成像质量[23-27]；但IOL偏心>0.5 mm时则产生散光，且多项高阶像差显著增大，成像质量严重下降[25-27]。非旋转对称的Toric IOL偏位除了光学偏心外，还存在散光轴向的旋转。迄今相关的临床研究多关注于Toric IOL的旋转造成的散光度的变化，主要是Toric IOL旋转后散光的残留，但关于Toric IOL旋转是否会带来彗差及其他高阶像差的改变少有报道。本研究中使用计算机光学模拟技术对球镜度均为 22.0 D而散光度不同的T3、T4、T5 Toric IOL进行研究，探讨T3、T4、T5 Toric IOL旋转对术眼成像质量的影响。 本研究使用Hwey-Lan Liou精密模型眼，角膜球差为 0.26 μm，屈光参数非常接近临床解剖数据[28]。Toric IOL由不同曲率半径的球面光学结构组成，所以均有一定的正球差，模型眼总的球差为正值。本研究发现，随着旋转角度的增大，散光度大的Toric IOL在高空间频率的MTF降低更为明显，而中、低空间频率下MTF曲线的变化较小。结合旋转后散光和球镜残留度数的变化，显示散光度大的Toric IOL由于其旋转后残留的散光度大，对成像质量的影响大于散光度小的Toric IOL，因此散光度越大的IOL植入时对轴向的精度和术后旋转稳定性的要求越高。波前像差数据转换后的屈光度变化显示，Toric IOL旋转不但影响了散光的矫正情况，也带来正球镜度的残留，使模型眼出现不同程度的远视状态。散光残留和正球镜度数的增大共同造成Toric IOL成像质量的降低。但临床研究表明，Toric IOL的旋转对患者造成的影响不仅是散光和球镜度数的变化，患者对斜轴散光的耐受较差，斜轴散光可使视觉质量下降更明显[29]。因此Toric IOL旋转造成的MTF曲线降低主要与低阶像差的增大和斜轴散光有关。 本研究表明，与IOL偏心不同，Toric IOL旋转后球差稳定不变，旋转主要引起散光和球镜度数的增加，而且没有彗差和三叶草等非对称像差的增加，这2项始终为0。彗差是由位于轴外的物点发出的单色光束，经过光学系统后不能准确形成汇聚于像面上的焦点而形成彗星形光斑[30]。彗差与球面像差引起的圆形弥散斑不同，彗星形光斑与光束的光轴不对称，所以也称为不对称像差[30]。彗差是轴外像差的一种，是视场与入射光瞳相关垂轴像差，并且彗差随视场改变而变化；对相同视场，由于入射光瞳直径大小的不同，彗差也随之改变。彗差的影响是使轴外物点成像形成彗星状弥散斑破坏了轴外像场成像的清晰度。本研究是在模拟物点假设位于光轴上无限远点的成像，对于Toric IOL来说，虽然散光轴发生偏转与角膜散光形成夹角，但角膜和Troic IOL的光学中心仍然位于光轴上，所以成像仍符合轴上成像规律，没有带来轴外像差，故彗差和三叶草像差为0。 综上所述，临床上行Toric IOL植入时适量保留负的目标屈光度可能会抵消一部分残留的正球镜度数，改善患者的视觉质量，同时我们认为，使用非球面Toric IOL来矫正角膜球差不受IOL旋转的影响，但由于低阶像差的增加，成像质量受到影响。 【参考文献 略】 |
|
|
