人工晶狀體的傾斜度和偏心量測量方法的研究進展

王珂，潘清，劉文艷，謝艷，沙飛，杜菁

首都醫科大學　生物醫學工程學院，北京　100069

人工晶狀體的傾斜度和偏心量測量方法的研究進展

王珂，潘清，劉文艷，謝艷，沙飛，杜菁

首都醫科大學生物醫學工程學院，北京100069

0　前言

臨床上人工晶狀體（Intraocular Lens，IOL）植入術主要用于白內障摘除術、屈光性晶狀體置換術以及有晶狀體眼屈光手術 [1-5]。白內障摘除術后，由于眼內沒有晶狀體，眼的總屈光力會減少，即處于高度遠視狀態。為了恢復正常視力，眼內需植入人工晶狀體。目前臨床上主要采用超聲乳化晶狀體摘除、IOL 鞏膜縫合固定術，或者采用超聲乳化晶狀體摘除、囊袋內張力環聯合 IOL 的方法治療白內障。隨著人工晶狀體植入術水平的不斷提高，嚴重的IOL 脫位的情況明顯減少，然而 IOL 的傾斜和偏心仍不可避免 [6-8]。Hayashi 等認為，即使在正常情況下，植入的IOL 在眼內也會有 3°的傾斜和 0.3 mm 的偏心 [9]。為了使患者的視力恢復良好，臨床醫生越來越關注術后人工晶狀體的位置。為了避免人工晶狀體發生傾斜和偏心，臨床醫生在術后會根據病人的回訪信息，判斷人工晶狀體的位置變化情況，從而確定二次手術方案，或改進手術方案。

1　人工晶狀體的傾斜和偏心對視覺質量的影響

人工晶狀體的傾斜和偏心會導致患者產生散光、眩光、視力下降等癥狀，會影響屈光狀態，引起波前像差的改變，妨礙術后視力和視覺質量的恢復[10-13]。在臨床上，IOL 的傾斜度指的是 IOL 光學軸與角膜前表面中點與瞳孔幾何中心連線（稱為基線）所成的夾角，IOL 的偏心量指的是 IOL的中心到基線的垂直距離。Uozato 等的研究表明，對于植入光學部直徑 6 mm 的 IOL 而言，傾斜度＜ 5°或偏心量＜ 1.0 mm 患者是可以耐受的[10]。Hansen 等的研究表明 IOL偏心 0.5 mm 會丟失 11％的有效光學區域[14]。IOL 的偏心與傾斜會導致低階像差，出現近視和散光[15-18]。Korynta 等的研究發現 IOL 傾斜 12°、偏心 3 mm 時，可以造成患者術后 -7.0D 的近視和 +4.0D 的散光[18]。而在高階像差方面，Turuwhenua 等對模型眼的研究發現，IOL 偏心能引起慧差，而合并的 IOL 傾斜方向不同能增大或減小其慧差[19]。

以往手術中用到的人工晶狀體多是球面IOL，但是球面IOL會引起球差問題。非球面IOL解決了球面IOL引起的球差增大的問題，可以較好地平衡角膜的正球差，從而改善對比敏感度[20-23]。Baumeister等指出相對于球面IOL，非球面IOL在某種程度上可以減少移位所產生的高階像差[24]。帶有負球差的非球面IOL可以補償角膜正球差，使全眼球差接近于零，但IOL在囊袋內的位置必須居中，一旦發生傾斜或偏心，這種優勢就會迅速喪失甚至轉化為劣勢[25-26]。朱海豐等構建眼模型來研究不同傾斜度和偏心量情況下不同球差的IOL對視功能的影響[27]，其結果顯示，IOL在眼內無偏心和傾斜時，負球差IOL對人眼視功能的改善優于零球差IOL和正球差IOL；偏心和傾斜程度一定時，負球差IOL球差值越大，人眼的視功能降低越明顯；與正球差和負球差IOL相比，零球差IOL傾斜和偏心對眼的視功能影響較小，即在IOL偏心量為1.0mm和傾斜度為10°（臨床上認為該傾斜度和偏心量已會使人眼有明顯視覺不適）的情況下，零球差IOL仍能表現出良好的光學性能，較好地改善人眼視功能。

造成IOL傾斜和偏心的因素很多，主要原因有襻的不對稱性固定方式（囊袋-睫狀溝固定）、撕囊技術（撕囊不連續、撕囊口不圓不居中）、囊袋不對稱性收縮、懸韌帶薄弱、皮質殘留、囊膜夾持及IOL材料與設計等。因此獲得可靠的人工晶狀體的傾斜度和偏心量對評價手術方案以及改進手術操作具有重要作用。

2　IOL傾斜度和偏心量的測量方法

目前臨床上獲取IOL圖像的方法有普肯野（Purkinje）影像法[28]、超聲生物顯微鏡（Ultrasound Biomicroscopy，UBM）法、眼前段光學相干斷層掃描（Anterior segment Optical coherence tomography，AS-OCT）法和三維眼前段分析（Pentacam）法。

Purkinje方法簡單，能夠測量人工晶狀體的傾斜度和偏心量。在Purkinje影像法中，角膜前表面反射投影光線形成第1普肯野影像，人工晶狀體的前、后表面則形成第3、第4普肯野影像。假設Purkinje影像位置、眼睛旋轉角度、晶狀體傾斜度和偏心量是線性關系，通過Purkinje第1、3和4象限的相對位置可得到傾斜度和偏心量，而線性方程中的系數是通過Zemax軟件中眼模型獲得的[29]。但由于此方法主要依賴于人工晶狀體的前后表面曲率半徑的值，那么對于扁平的人工晶狀體來說，普肯野法得到的第3、4反射圖像只能顯示部分人工晶狀體前后表面，會直接影響曲率半徑的值，勢必影響傾斜度和偏心量的最終結果[30-33]。

UBM是臨床檢查IOL傾斜和偏心常用的設備。檢測IOL時，患者取仰臥位，表面麻醉后，在上下眼臉間置入專用眼杯（內含適量接觸劑），檢測并獲取UBM圖像。以虹膜平面為參照，做IOL光學部的直徑連線，經中點作垂線，垂線與基線的交角即為傾斜度；經IOL直徑的中點的垂線與IOL前表面的交點至基線的垂直距離即為偏心量。UBM圖像中，測量晶狀體兩端邊緣到虹膜的距離若相等，可以判斷IOL未發生傾斜[34-35]。雖然UBM能清晰地看到IOL的位置，判定其是否傾斜和偏心，但它是一種接觸性的檢查方法，而且眼球受擠壓變形會影響測量的結果[33]。

Pentacam儀是一種非接觸、高分辨率、快速成像的儀器。檢查時，患者散瞳后坐于Pentacam儀前方，下頜置于托架上，單只被檢眼注視儀器內中心視標，Scheimpflug攝像機在2s內旋轉兩周，每隔7°采集1幀Scheimpflug圖像，共25幀，1s完成25條掃描線，經角膜、虹膜、晶狀體各層次的反射，測量并分析25000個點，獲取25個方位的掃描裂隙圖像，得到眼前段三維彩色圖像顯示和數據。檢測時，Pentacam儀的中央二級管發出波長為475n m的裂隙狀藍光垂直進入眼內，在眼前節產生的反射光進入Scheimpflug攝像機內，形成眼前節裂隙圖像。Pentacam儀能分辨IOL光學部的前后界面，獲得IOL在眼內的三維圖像，其可重復性好、精確度高[36-37]。它還可以測量前房深度，了解術后IOL在縱軸上的位置改變。Pentacam法利用圖像處理軟件（Image-ProPlus軟件）能快速地得到IOL的傾斜度和偏心量。（Image-proplus軟件先用最佳擬合方法擬合每張圖像中IOL的前后表面和虹膜平面，從而確定IOL光學軸、IOL中心的位置和瞳孔中心位置，再計算相應的傾斜度和偏心量；通過測量IOL光軸與視軸之間的角度，獲得IOL傾斜度；通過測量IOL的中心到瞳孔軸的垂直距離，獲得IOL的偏心距離；最后分別取最大值作為IOL傾斜和偏心的最終結果。此設備價格比較貴，只有大型專科醫院會使用。

AS-OCT儀是一種非接觸、快速成像的儀器。檢查時，選擇所需的掃描類型，被檢者將下頜置于下頜托上，前額緊貼額托，注視固視目標。掃描開始時，調整患者的固視角，使視軸與眼軸相一致，同時使掃描線的中點正好經過角膜中央反光點，以監視屏的圖像出現角膜反射為標準。設備有內固視和外固視兩個固視裝置，可以矯正患者的遠視力，一定程度上減少了調節誤差[35-36]。AS-OCT儀掃描光線經過角膜前表面中心，以眼軸為旋轉軸，360°掃描眼球，每一掃描方向上獲得若干張圖像。由于IOL被虹膜等不透明組織遮擋，圖像只顯示部分IOL表面。圖像分析采用AS-OCT系統軟件或是MBRul e r測量軟件進行標記和測量，AS-OCT儀內部自帶的分析系統中的Angle和Caliper工具可對圖像上任意線段、角度等參數進行測量。AS-OCT系統軟件與MB-Ruer 軟件都是先確定每幅圖像中IOL中心點和鞏膜突的位置、計算出相應的傾斜度和偏心量，而后取最大值作為IOL傾斜和偏心的最終結果。臨床上選取旋轉拍攝圖像中傾斜度和偏心量最大的數值作為其最終值。此設備價格比較貴，只有大型專科醫院會使用。

3　不足

Purkinje方法簡單，但此方法主要依賴于人工晶狀體前后表面曲率半徑的值，不適用于扁平的人工晶狀體。UBM法雖然能清晰地看到IOL的位置，但它是一種接觸性的檢查方法。Pentacam法能快速地得到IOL的傾斜度和偏心值，但是該方法需要擴瞳，這樣會導致瞳孔中心不是真實的瞳孔中心，所以測出的偏心量是IOL中心到非真實的瞳孔軸的距離，因此在應用中有一定的局限性[30-31]。

AS-OCT法是一種非接觸性的測量和分析眼節前段結構的常用方法。但是在臨床實踐和研究中發現基于同一旋轉角度的不同圖像測出的IOL的傾斜度和偏心量是不一樣的。從空間幾何角度來看，無論同一掃描角度拍攝多少幅圖，測出的IOL的傾斜度和偏心量應該是一樣的，可是AS-OCT同一角度掃描的多幅圖中測出的傾斜度和偏心量是不同的，甚至相差很大，這會增大醫生準確判斷IOL傾斜度和偏心量的難度。如果從這些圖像的測量結果中取最大值作為IOL的傾斜度和偏心量，勢必會存在誤差。

在以往研究中，KumarDA等選取四幅對稱方向的AS-OCT圖像，借助matlab軟件做最佳圓形擬合，求出IOL的傾斜度，但并未得到偏心量，而是取其中最大值作為IOL的傾斜度和偏心量的最終值[36]。由于A S-O CT掃描角度是有限的，所以并不能保證拍攝的圖像中有實際的IOL傾斜度和偏心量最大的圖像，因此得到的結果存在一定偏差。郁蘇娟等通過幾何學的方法計算得到IOL的傾斜度和偏心量，其方法涉及到先后兩次最小二乘擬合運算，可能會造成誤差的疊加[37]。因此尋求IOL的傾斜度和偏心量的精確估算方法是尤為重要的。

4　展望

了解術后可靠的IOL傾斜度和偏心量的狀況是非常重要的，雖然目前的技術手段能夠得到非常逼真的IOL圖像，但由于分析方法的制約，目前還缺乏獲取IOL傾斜度和偏心量的金標準方法，而且大量臨床研究工作都是在探討不同技術手段所獲得的傾斜和偏心結果的異同。由于現有的測量儀器在測量中存在一定偏差，本文認為在確定IOL傾斜度和偏心量時，可以利用AS-O CT圖像，依據IOL表面特點，確定IOL的幾何模型，通過計算得到較準確的IOL傾斜度和偏心量；在此基礎上研發出適合臨床使用的測量人工晶狀體的傾斜度和偏心量的軟件，輔助AS-O CT掃描儀，并與臨床手術相結合，進一步確認IOL在眼內的精確位置，更有效地輔助臨床醫生的診斷分析。

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作者郵箱：wangk78@sina.com

[中圖分類號]R318.1

[文獻標志碼]A

doi：10.3969/j.issn.1674-1633.2014.02.019

[文章編號]1674-1633(2014)02-0066-04

收稿日期：2013-05-21

通訊作者：杜菁，副教授，首都醫科大學生物醫學工程學院計算機教學實驗室主任。

Research Progress of Measuring Methods of Tilt and Decentration of Intraocular Lens

WANG Ke, PAN Qing,LIU Wen-yan, XIE Yan,SHA Fei, DU Jing
College of Biomedical Engineering, Capital Medical University, Beijing 100069, China

[摘要]本文介紹了人工晶狀體的傾斜和偏心對術后視力和視覺質量的影響，總結了臨床上人工晶狀體傾斜度和偏心量的測量方法，并分析了這些方法的不足，指出了人工晶狀體傾斜度和偏心量的測量方法的發展趨勢。

[關鍵詞]人工晶狀體；視覺質量；傾斜度；偏心量

Abstract：This paper introduces the effect of IOL tilt and decentration on visual acuity and visual quality, and summarizes the clinical measuring methods of IOL tilt and decentrtion. The def i ciencies of these measuring methods are also discussed in this paper. This paper also points out the development trend of measuring methods of IOL tilt and decentrtion.

Key words：intraocular lens; visual quality; tilt; decentration