波前像差如何引導驗光4.0

張力銘 鄭聰聰 金澤世

摘 要 當代社會，人類的視覺問題已不僅局限于矯正度數，波前像差與不同環境下的瞳孔大小、對比敏感度、夜間視力等均對人類的視覺、生活產生影響。眼視光從業者的聚焦點逐漸轉向諸多起源于視光的眼部疾病，從業者將生物器官、光學器官的特性融于一體，力求在技術上超越僅局限于視覺功能的3.0時代，深入研究光學像差，合理利用“自適應光學技術”，開啟波前驗配的驗光4.0時代。

關鍵詞 驗光4.0 波前像差 自適應光學 瞳孔直徑

中圖分類號：O43 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0745（2020）03-0061-02

1 驗光的發展

驗光技術根據驗光的主客觀性，分為他覺驗光和主覺驗光。驗光作為患者配鏡的依據、診斷疾病的參考以及屈光不正所致弱視患者的治療依據等。起初，從業者直接使用插片，較專業的使用檢影驗光作為驗光的初步，可稱為初代驗光1.0。后來，人們使用了綜合驗光儀，將所有的鏡片融合成一體，更好的進行紅綠平衡、雙眼評估，可以認為是升級后的驗光2.0。而驗光3.0，在原先只關注度數的情況下，開始關注視功能，如調節、集合、眼球運動等。目前，大部分地區視光從業者停留在2.0的技術模式，比較專業的醫院、眼鏡店或視光中心，采用3.0驗光模式。

2 波前像差的引入

如果我們把光看成波，那么波源所發出的振動在介質中傳播時，相同時間所到達的各點所組成的面，可以組合成一個波面。我們將最前沿的波面稱為波前或波陣面，用光線矩陣所形成的波前和理想的球面相比會有所差異，這種偏差就叫波前像差。所謂眼屈光系統的波前像差就是實際波前和理想的參考波面之間的偏差。

越來越多的人受到電子時代的影響和自身發育的變化，出現了普通眼鏡矯正不了的視覺紊亂現象。比如出現鬼影圖像、重影、眩光、光暈、彗星狀拖尾、星芒輻射線等等，而且這些現象在夜間更明顯。人類眼睛經過長期的進化，存在了不讓視覺出現異常的像差平衡，如角膜的前后表面、角膜與晶狀體的總像差、角膜水平慧差與光學中心偏移量、晶體周邊和中央形態等等，它們相互光學補償從而使人眼視覺趨近于完美。而人類的大腦神經也有補償像差的作用，它會對像差重新適應，稱為神經性補償。

通過近年來的國內外的研究文獻，人們越來越關注入眼的波陣面（如圖1），分析進出眼睛光波面的差異，不難發現，近視眼屈光參數中屈光度數和眼軸長度對波前像差產生重要影響，屈光度數越高和眼軸越長者其總像差值越大，而角膜的非球面特性對近視眼的波前像差無明顯影響。近視性屈光參差患者雙眼高階像差百分比存在明顯差異，這可能是近視性屈光參差發展的一個潛在危險因素[1]。使用波前像差儀測量2mm、3mm、4mm瞳孔直徑下的等效球鏡值，與小瞳電腦驗光、散瞳驗光所得等效球鏡值進行比較[2]。結果波前像差儀各瞳孔直徑等效球鏡數值均低于散瞳驗光和電腦驗光。人眼高階像差具有明顯的瞳孔依賴性，并隨瞳孔直徑增大而增高。

角膜不適當的形狀因數就會導致球面像差的產生，而偏離中心的頂點則會產生彗差，傾斜又會產生不規則散光，因此，眼球高階像差HOA主要是由角膜表面的不規則所引起[3]。普通的準分子激光、框架眼鏡、軟性隱形眼鏡只能用于矯正低階像差。“波前像差技術”來源于“自適應光學技術”在天文望遠鏡和軍事上的應用，針對于人眼的像差，充分發揮計算機和光電技術的優勢，從新的方向對人類的視覺進行優化。

目前，波前像差主要應用于角膜屈光手術及波前引導的個性化切削。根據不同個體獨特的光學特性和解剖特性，通過球鏡、柱鏡、非柱鏡以及非對稱的切削矯正個體球鏡和柱鏡，并減少眼的高階像差。并不是每一位人都合適或自愿選擇角膜屈光手術，大多數人還是采用了傳統的配鏡方式，這使波前像差引導的驗光模式成為新時代的需求

方向[4]。

波前像差檢查引導的驗光，提供了像差數據，不再局限于傳統的離焦和像散，同時包括了球差、彗差等高階像差的矯正，使“個性化”視力矯正成為可能。通過精確測量，我們可以計算在視網膜上的光學成像，讓我們客觀評判各種光學矯正方案，并實現全方位視覺診斷，包括弱視、夜視覺中的重影、光暈等。

3 波前像差的測量

波前像差的測量通過波前像差儀完成，波前像差儀所測量的是整個眼球的屈光通路，包括屈光表面，如淚膜、角膜前表面、角膜基質、角膜后表面、晶狀體前表面、晶狀體實質、晶狀體后表面、玻璃體以及視網膜等等。它要比其他驗光系統精度高20～50倍，常規驗光方法的通常是25度為最小梯度，散光軸位以5度為最小刻度，而波前像差檢查，球鏡與柱鏡、散光軸位則精確到1度，這樣就明顯提高了驗光檢查的精準性。且相對于其他驗光方法，波前像差儀在散光及軸位檢測有明顯優勢，并可應用于區分高階像差和低階像差[5]。

波前像差的測量方法為兩類：一類是客觀檢測法，如Hartmann-Shack波前感受器（簡稱HS）、Tscherning波前感受器（簡稱TS）和視網膜軌跡追蹤技術等;另一類是主觀檢測法，即心理物理檢查。人眼的波前像差記錄分兩步：波前記錄和波前再現。波前記錄是將人眼被激光照射后的衍射光波與另一相關光波，以此得到通過CCD等記錄下的眼睛像差。通過Zernike多項式再現的波前作比較，從而可以評價人眼的像差。Tscherning波前感受器是將單光線投射到視網膜上形成視網膜圖像，計算機把視網膜圖像上的每個點位置與它們在理想狀態下的相應位置進行比較，根據偏移結果來數學重建波前像差。心理物理方法檢查，通過測定點光源光線在瞳孔各點的角度偏移而得出該點的像差。

4 波前像差的應用

4.1 波前像差數字化框架眼鏡

除了傳統驗光步驟之外，還需要進行角膜地形圖、波前像差、測量眼軸長度等檢查。將不同坐標方位的眼球波前數據，導入磨具中，通過在兩個鏡片之間，夾帶寫入了眼球波前像差可調節折射率的薄膜，壓制成一個多層透鏡，叫做波前像差鏡片（如圖2）。可以修正激光手術之后獨特的殘余高階像差，提高患者的視覺質量，特別是夜間的駕駛能力。同時還可以矯正視覺圖像上缺乏鮮明度和清晰度的問題。

市面上有譬如“iZon鏡片”、視滿分鏡片、蔡司駕駛鏡片等等。相當于在夜間增加了景深[6]，讓可視范圍擴大，通過瞳孔尺寸大小來計算鏡片曲率設計，最大程度優化鏡片性能。雙面點對應技術是指每一片鏡片的前表面配試一個與之匹配的后表面。這項技術分析每個光度的基本設計，基于分析結果對后面進行二次調整，以期達到鏡片最佳光學效果。高階相差消除技術也應用于漸進多焦點鏡片，精細基彎優化，波前像差計算打造出適合睿智人群的高品質漸進片，提升戴鏡的舒適度和清晰度。

4.2 虛擬角膜鏡片

虛擬角膜鏡片主要用于接受二次增效手術的病人。尤其是首次激光手術后，角膜光學中心的中央島、偏心切削、不規則散光的病人，因為這部分人只有通過眼球波前檢測數據制作的虛擬鏡片才能矯正。虛擬鏡片技術是判斷波前像差數據能否用于患者眼睛上二次治療的唯一手段。

維護全面的眼健康，不僅僅停留在矯正視力，應該更加關注視覺的質量。通過像差儀獲取波前像差、調制傳遞函數（MTF）和點擴散函數（PSF）等光學信息，進而分析全眼的總高階像差、總彗差、總球差、總三葉草所對應的均方根值（RMS）和MTF曲線對應的面積比值（AR）及PSF曲線對應的斯特列爾比值（SR）。借助于自適應光學理論制作而成的波前像差鏡片，讓人眼實現了理論上的超常視覺品質（對比敏感度、光柵分辨率等）。波前像差引導的驗光必將成為眼視光行業未來發展的趨勢和目標，為眼健康開啟驗光4.0時代。

參考文獻：

[1] 黃建忠，趙武校，劉偉民，楊佳.近視眼波前像差與屈光參數的相關性研究[J].眼科新進展，2009，29（05）：354-355.

[2] 左彤，楊曉艷，方利華， 顯然驗光與不同瞳孔直徑下波前像差驗光的比較.中華眼視光學與視覺科學雜志， 2012，14（08）：481-484.

[3] 褚仁遠，戴錦暉，周行濤.要視力，更要視覺質量[J].中國眼耳鼻喉科雜志，2006，06（02）：72-73.

[4] 胡建榮，嚴宗輝，劉春風，黃麗娜.近視散光患者眼球高階像差的研究[J].中華眼科雜志， 2004，40（01）：13-16.

[5] 高敬，周珺，王肖，孫園，王曉霞，趙琪.兒童散光度數變化對波前像差的影響.眼科新進展[J]. 2017（04）：365-368.

[6] 孫金濤，王勤美，陳世豪，安萌.正視人群夜間近視與高階像差相互關系的研究[J]，實用醫學雜志，2011，27（13）：2361-2363.

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