正常人眼及人工晶体眼的高阶像差及对比敏感度的初步研究

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前言

八眼的屈光系统并非完美，存住着偏差，我们称之为“像差”。“波前像差”（ｗａｖｅｆｒｏｎｔａｂｅｒｒａｔｉｏｎ）是各种屈光偏差的总称．角膜和晶状体是人眼屈光系统中最重要的光学介质，人眼像差主要来自这二者的缺陷。由于日前的测量手段尚不能对角膜和晶状体的像差分别进行测量，研究得较为深入的是人眼的整体像差和如何通过角膜构型的改变减少眼的整体像差，但晶状体作为人眼唯可调节的屈光介质，耐人眼像差的变化起着主要作用，且由于它与年龄之问有着密切的关联，随着新检测手段的不断引入，晶状体源性像差必将引起我们的重视。

光具有波粒二重性，以电磁波的形式在空问传播，波酊是此电磁波的连续陛同相表面与行进方向垂直，故从其定义来说，“波阵而”是更为确切的命名。人

眼相当于个透镜系统，在没有像差时，进入人眼的波

前可以很好的在视网膜上会聚成一个焦点，此电磁波传

播路径上的任一波阵面应为一理想的光滑球面，但人眼睡ｌ最删的示意田往往不是一个绝对完美的折射系统，因此ｔ进入人眼的光线经其折射后难队聚焦为一点，与理想焦点问有着偏倚，我们谓之为“像差”，相麻的，其传措路径上的波阵面与理想的波阵面之间也会有偏倚，这种偏倚便代表了实际光学系统与完美光学系统的差别，谓之“波阵面像差”或“波前像差”（ｗａｙｅｆｒｏｎｔａｂｅｒｒａｔｉｏｎ）ｔ＊Ｊ（Ｎ１１。像差反映了整个人眼的屈光

状态，是人艰整体及其各成分光学性能敏感而全面地评价指

标。

募刮轳盈是，：多，ｌ对－差Ｉ彗差ｌ。吧鼢＝＝Ｉ散光像差

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圄—户圈

（二）分类

图２经抽色蔗根据入射光的不同可

分为色差（ｃｈｒｏｍａｔｉｃ

ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ）和单色像差田３捎断神滢（ｍｏｎｏｃｈｒｏｍａｔｉｃａｂｅｒｒａｔｉｏｎ），前者是当入射光为１ｉ同波长的组合时，经过屈光系统后所产生的像差，后者则指单一波长的光所产生的像差。色差根据入射光线的实际像点与理想像点位置的关系，又可分为经线色差

（Ｌｏｎｉｇｔｕｄｉｎａｌ

光束经瞳孔面不同位置孔径（瞳孔中心位置除外）进入人眼屈光系统后，在视网膜上不同位置处成像，人眼通过手动调节入射光线的方向

使像点与中心目标重合，根据调整时入射光线的倾斜情况

（△ｄｘ和△ｄｙ）推算人眼的像差。此法可小瞳下测量，

准确性较高，屈光介质不透明时也能进行测量，且可测量

像差和调节的关系。缺点是费时较久，对被检者的配合要

圈５空间分辨折射仪翮２

求较高，因此在临床上运用较少。

２客观法主要有光路追迹法像差仪、Ｔｓｃｈｅｍｉｎｇ像差仪和Ｓｈａｃｋ—Ｈａｒｔｍａｎｎ波前感受仪，其中，前两者是入射式，分别测量入射光线在瞳孔平面和视网膜平面的偏倚，后者是出射式，测量出射光线在瞳孔面的偏倚。客观法较之于主观法快速、重复性较好，但准确性较差，须大瞳孔和屈光介质透明下测量，不能测量像差和调节的关系。

光路追踪法像差计（ＬａｓｅｒＲａｙＴｒａｃｉｎｇ，ＬＲＴ）［７－９１如图

６所示，连续小直径光束经大瞳孔面不同位置孔径进入人眼

后依次成像在视网膜上，一位于与视网膜平面共轨处的ＣＣＤ

（ＣｈａｒｇｅＣｏｕＰｌｅｄＤｅｖｉｃｅ）Ｊｉｌｌ机摄取其以瞳孔面为坐标平面的像点分布，通过比较各像点与瞳孔中心入射点的位移，得出人眼的像差。

Ｔｓｃｈｅｒｎｉｎｇ像差计（ＴｓｃｈｅｍｉｎｇＡｂｅｒｒｏｓｃｏＰｅ）【１０－”１如图７所示，平行光束照射一。位于被测者眼前的均匀格栅后成一光栅像于视网膜上，由ＣＣＤ获取此光栅像，输入计算机处理系统，通过分析实际光栅图形与原始格栅的差别，给出人眼的像差信息。

Ｓｈａｃｋ—Ｈａｒｔｍａｎｎ波前感受仪（Ｓｈａｃｋ—Ｈａｒｔｍａｎｎｗａｖｅｆｒｏｎｔｓｅｎｓｏｒ）［１２－１４１如图８所示，一平行光束经过各种棱镜和人眼的折射后聚焦在视网膜上成一点光源，反射出眼的光束经一与瞳孔面共轨的微透镜矩阵分别聚焦成光点矩阵，被一与视网膜面共轨的ＣＣＤ相机捕获，由计算机分析各距阵点与各微透镜光轴中心的偏倚，提供像差信息。

田６光略追述法像差仪原理圈７Ｔｓｅｈｅｒｎｌｎｇ像差仪最理图８

Ｓｈａｃｋ－Ｈａｒｔｍａｎｎ技前感受

正常人Ｈ硅和人Ｔ品体眼的商阶像差及对比敏感度的初步研究

而导致总体高阶像差增大““。２００２年，Ａｒｔａ］等”“的研究表明，从２０岁至７０岁，人眼的整体像差增加了３倍以上，而球面像差的增大是其主要原因。了解了

晶状体球差的特点和它与角膜等的相互作用，可通过人工晶状体的设计，减少白

内障术后人眼的球差。目前已有报道，Ｔｅｃｎｉｓ９０００（Ｐｈａｒｍａｃｉａ）晶状体前表面

的非球面设计有助于抵消部分角膜源性球差，以减少眼的总体高阶像差ｏ…。

为了分析左右眼像差的对称情况，我们将全部右眼总体高阶像筹、球差和彗

差ＲＭＳ和左眼的相应值做散点图，并计算其相关系数（离焦和散光除外），结果

三者均有相关关系（Ｐ＜Ｏ．０５），提示了双眼的像差存在着一定程度的相关关系。

同时，我们发现所有的左右眼高阶像差图均存在不同程度的对称，图７为一研究

对象的双眼高阶像差图，明显可见其左

右眼高阶像差存在中等程度的对称。

为了进一步分析左右眼高阶像差的

对称性，我们将所有右眼Ｚｅｒｎｉｋｅ系数

与左眼的相应值做相关分析，结果发现

左眼像差项的５３．３％（８／１５）与右日艮的相呈三未箸翟募黑．３６刿的双眼高阶像粕应像差项有着相关关系（Ｐ＜Ｏ．０５），主

要集中在三阶和四阶中，但ｚ３１、ｚ４１和ｚ４。４除外，以四阶中的球差Ｚ。ｏ关系最

为密切（ｒ＝Ｏ．９４１，Ｐ＝Ｏ．０００）。正如人的指纹存在对称性一样，人眼像差相当于

人的“眼纹”，其对称性分布亦有其遗传学和解剖学上的基础。Ｚｅｒｎｉｋｅ多项

式是建立在以圆形瞳孔为几何基础上的正交函数序列，在各项Ｚｅｒｎｉｋｅ系数中，

Ｗｙａｔｔ等“曾发现人眼瞳孔形状存在左右对称性，这可能与人颜而的左右对称有关，由此及彼，左右眼的角膜和晶状体等屈光介质均有可能存在对称性，故双眼

的像差大部分也会倾向于对称分布。正的相关系数说明两眼像差朝同一方向变化，而负的相关系数代表两眼像差朝相反方向变化，因为角坐标（巾）１８０。的旋

转会使Ｚｅｒｎｉｋｅ多项式中依赖ＣＯＳ（（ｎ＋１）巾）和ｓｉｎ（ｎ巾）的Ｚｅｒｎｉｋｅ系数符号有所改变，使得它们所对应的相关为一负相关关系，这些系数是：ｚ，１，ｚ。１，ｚ。～，ｚ。２，ｚ。１，Ｚ；’，和ｚ；５。从表２中，我们知道，当瞳孔直径为６珊时，除Ｚ。３和ｚ。５外，７项系数中的其余系数确实如预期的一样呈负相关，而ｚ；。的相关系数非常小，即便将置信水平降至小于０．０５，相关系数仍无统计学意义。仅ｚ；。项的结果