潘若琳 綜述 廖萱 蘭長駿 審校

1川北醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院眼科 川北醫(yī)學(xué)院眼視光醫(yī)學(xué)院,南充 637000;2成都東區(qū)愛爾眼科醫(yī)院,成都 610056

功能性人工晶狀體(intraocular lens,IOL)的設(shè)計較普通IOL更為復(fù)雜,體外光學(xué)質(zhì)量測試和體內(nèi)視覺質(zhì)量評價有助于加深對其光學(xué)參數(shù)和性能的認(rèn)識,是臨床應(yīng)用前不可或缺的環(huán)節(jié)。體外光學(xué)質(zhì)量測試系統(tǒng)主要包括光學(xué)測試平臺和光學(xué)設(shè)計軟件2類,可用于各種IOL研究,探索不同因素對IOL光學(xué)質(zhì)量的影響[1-2]。與體內(nèi)檢測相比,體外光學(xué)質(zhì)量測試不受患者個體差異、光學(xué)介質(zhì)、主觀感受和其他復(fù)雜因素的干擾,測試結(jié)果更客觀和準(zhǔn)確,獲取信息更全面和充分[3-4]。近年來體外光學(xué)質(zhì)量測試系統(tǒng)不斷發(fā)展和改進(jìn),在IOL方面的研究也越來越廣泛,本文對此進(jìn)行綜述。

1 IOL光學(xué)質(zhì)量的體外評價指標(biāo)

IOL光學(xué)質(zhì)量的體外評價包括定量評價和定性評價。定量評價常用的指標(biāo)包括點擴散函數(shù)、調(diào)制傳遞函數(shù)(modulation transfer function,MTF)、斯特列爾比(streh ratio,SR)、波前像差等,其中MTF最常用[1,5-7]。定性評價主要有美國空軍分辨率測試圖(又稱USAF分辨率測試圖)和Badal圖像,其中前者由不同大小的橫豎線和數(shù)字組成,可反映切向和矢向從低到高空間頻率的成像質(zhì)量,后者使用的ETDRS視力字母表最小一行與Snellen視力表的20/12行視力相對應(yīng)[1,8]。2種測量指標(biāo)各有其優(yōu)點,定量指標(biāo)更準(zhǔn)確而定性指標(biāo)更直觀,綜合應(yīng)用這2種方法可以更全面地評估IOL的光學(xué)質(zhì)量。

2 IOL體外光學(xué)質(zhì)量測試系統(tǒng)

光學(xué)測試平臺和光學(xué)設(shè)計軟件可分別對IOL的光學(xué)質(zhì)量進(jìn)行實驗測量和數(shù)值模擬。

2.1 光學(xué)測試平臺

2.1.1OptiSpheric?IOL PRO OptiSpheric?IOL PRO(德國TRIOPTICS GmbH公司)是目前國際上認(rèn)可度較高的一款體外光學(xué)質(zhì)量測量設(shè)備,該設(shè)備包括由多色光源和光譜濾波器組成的照明系統(tǒng)、準(zhǔn)直儀、測試靶標(biāo)(包括十字線和USAF分辨率測試圖等)、模型眼(包括不同球差設(shè)計的模型角膜和放置待測IOL的濕房),以及顯微鏡物鏡和電荷耦合器件(charge coupled device,CCD)相機等組件構(gòu)成的成像系統(tǒng)[9-10]。測量IOL光學(xué)質(zhì)量時,準(zhǔn)直儀將出射光轉(zhuǎn)換為平行光,經(jīng)由光闌(包括以0.5 mm為間隔的從1～5 mm的多種直徑,以模擬不同瞳孔直徑)到達(dá)模型眼,經(jīng)顯微鏡在CCD相機上成像[1,11],如圖1所示。其中,為保證IOL無傾斜,在放置IOL的濕房設(shè)置有一直徑為11～13 mm的IOL支架。該設(shè)備可測量MTF值、USAF分辨率測試圖等,在一定瞳孔直徑大小和焦平面條件下,檢測IOL經(jīng)十字線成像的線擴散函數(shù),通過傅里葉變換得到MTF值,MTF的測量精度為±2%;USAF分辨率測試圖的測量條件與MTF相同,只是將測試靶標(biāo)由十字線換成了USAF分辨率測試圖。

圖1 OptiSpheric? IOL PRO光學(xué)臺示意圖 IOL:人工晶狀體

利用該設(shè)備可以分析和比較不同IOL的光學(xué)性能,并探索影響IOL光學(xué)性能的因素,有助于了解瞳孔大小、偏心量和傾斜度等因素對不同IOL光學(xué)質(zhì)量的影響[1,9-15]。Tandogan等[10]利用該設(shè)備進(jìn)行了一系列體外光學(xué)實驗,首先測量了非球面IOL C-flex 970 C(英國Rayner公司)和球面IOL C-flex 570 C(英國Rayner公司)的MTF曲線,顯示非球面IOL的光學(xué)質(zhì)量優(yōu)于球面IOL,并且在較大瞳孔直徑時這種優(yōu)勢更為明顯。這與以往的臨床研究結(jié)論一致,驗證了利用OptiSpheric?IOL PRO進(jìn)行IOL體外研究結(jié)果的可靠性,也為IOL設(shè)計的改進(jìn)提供了思路[16]。隨后,他們又比較了德國Carl Zeiss Meditec AG公司的單焦點IOL CT ASPHINA 409 M、雙焦點IOL AT LISA 809 M和三焦點IOL AT LISA Tri 839MP的體外光學(xué)質(zhì)量,發(fā)現(xiàn)單焦點IOL在遠(yuǎn)焦點處的光學(xué)質(zhì)量最好,雙焦點和三焦點IOL分別在近焦點和中焦點處表現(xiàn)更佳。另外,瞳孔大小會影響IOL的光能利用,當(dāng)瞳孔直徑為3.0 mm時,三焦點IOL的光損失少于雙焦點IOL,直徑為4.5 mm時,則情況相反,但無論瞳孔大小,單焦點IOL的光損失在3種焦點設(shè)計的IOL中均最小[14]。了解不同焦點設(shè)計的IOL遠(yuǎn)、中、近焦點光學(xué)特性,有助于醫(yī)生根據(jù)患者的生活需求個性化選擇IOL。

該設(shè)備還可與含有熒光素和綠色激光的實驗裝置聯(lián)用,在測量IOL的光學(xué)質(zhì)量時實現(xiàn)射線可視化。Son等[17]利用這種聯(lián)合裝置比較了2種連續(xù)視程型 IOL AT LARA 829MP(德國Carl Zeiss Meditec公司)和AM2UX(中國Eyebright公司)的光學(xué)性能,結(jié)果表明在單色光照射且模型角膜零球差的測試條件下,AM2UX表現(xiàn)為低附加度的雙焦透鏡;在低離焦度(2 D以下)時,AT LARA 829MP的圖像質(zhì)量優(yōu)于AM2UX,而當(dāng)離焦度為2～3 D時,AM2UX的圖像質(zhì)量更好。射線可視化技術(shù)的應(yīng)用使體外光學(xué)測試的結(jié)果更加直觀,便于比較不同類型IOL的光學(xué)質(zhì)量,也為體外研究方法的改進(jìn)提供了新思路。

另外,Liu等[18]利用該設(shè)備測量不同方向的偏心和傾斜對旋轉(zhuǎn)非對稱區(qū)域多焦點IOL SBL-3(美國Lenstec公司)光學(xué)性能的影響,研究結(jié)果表明偏心和傾斜的方向、大小以及瞳孔直徑都會影響旋轉(zhuǎn)非對稱多焦點IOL的光學(xué)質(zhì)量。當(dāng)SBL-3居中時,大瞳孔直徑(4.5 mm)下的光學(xué)質(zhì)量更好;向視近區(qū)偏心時,近焦點處的光學(xué)質(zhì)量提高,但遠(yuǎn)焦點處光學(xué)質(zhì)量下降,而向視遠(yuǎn)區(qū)偏心時,則結(jié)果相反。這種影響在小瞳孔直徑(3.0 mm)狀態(tài)比大瞳孔直徑(4.5 mm)時更明顯。當(dāng)SBL-3向視近區(qū)傾斜時,近焦點處光學(xué)質(zhì)量較遠(yuǎn)焦點處下降更明顯;而向視遠(yuǎn)區(qū)傾斜時,則結(jié)果相反。這種影響在大瞳孔直徑(4.5 mm)狀態(tài)比小瞳孔直徑(3.0 mm)狀態(tài)更明顯。研究提示,非對稱設(shè)計的區(qū)域多焦IOL偏心和傾斜對光學(xué)質(zhì)量的影響更為復(fù)雜,此類IOL植入后居中性和傾斜度控制更為重要。

2.1.2Badal Optometer Badal Optometer(英國Image Science公司)是一個含模型眼的MTF工作臺。該光學(xué)測試平臺包括光纖照明器、濾光片和擴散器組成的照明系統(tǒng)、投射透鏡、靶標(biāo)(十字線和ETDRS視力字母表等)、Badal透鏡(焦距100 mm)、模型眼(模型角膜和放置待測IOL的濕房)和CCD相機等[19],光路圖如圖2所示。該平臺可測量MTF值等定量指標(biāo),靶標(biāo)為十字線,算法與傅里葉變換相關(guān);其測量的定性指標(biāo)為Badal圖像,測量條件同MTF,只是通過將靶標(biāo)轉(zhuǎn)換為ETDRS視力字母表[20-21]。

圖2 Badal Optometer示意圖 IOL:人工晶狀體

Badal Optometer可用于評估IOL的光學(xué)質(zhì)量[8,19-21]。Carson[8]等利用該儀器測量了Acrysof IQ Panoptix TFNT00(美國Alcon公司)、AT LISA Tri 839MP(德國Carl Zeiss Meditec AG公司)和Finevision Micro F(比利時PhysIOL公司)3種三焦點IOL的體外光學(xué)質(zhì)量,發(fā)現(xiàn)AT LISA Tri 839MP和Finevision Micro F的最佳中視力焦點在80 cm處,而Acrysof IQ Panoptix TFNT00在60 cm處。該研究提示,不同三焦點IOL的最佳中視力焦點位置不同,醫(yī)生需根據(jù)患者的中距用眼習(xí)慣選擇合適的IOL,大部分亞洲人可能更適合Panoptix。該團隊還比較了三焦點IOL AcrySof IQ PanOptix TFNT00(美國Alcon公司)和近附加為+3.0 D的雙焦點IOL AcrySof IQ ReSTOR SN6AD1(美國Alcon公司)的光學(xué)質(zhì)量,發(fā)現(xiàn)在遠(yuǎn)、近焦點處,二者光學(xué)質(zhì)量相當(dāng);而在最佳中視力焦點處,PanOptix的光學(xué)性能則要優(yōu)于后者[21]。由此可見相比于雙焦點IOL,三焦點IOL提供的清晰視程更廣,也更適合日常生活中有讀書寫字、電腦辦公以及開車等中距離視物需要的患者。另外,該儀器與全角度散射儀聯(lián)合應(yīng)用時,可用于評估離體IOL的前散射、雜散光和其他光學(xué)質(zhì)量指標(biāo),有助于了解不同材質(zhì)IOL植入人眼一定時間后視覺質(zhì)量的變化[20,22]。

2.1.3PMTF PMTF光學(xué)測試平臺(比利時Lambda-X公司)使用基于相移原理的專利定量偏轉(zhuǎn)技術(shù)測量,能夠根據(jù)光束的偏差值精確測量波前像差,從而評估IOL的光學(xué)質(zhì)量[23]。其構(gòu)成與上述光學(xué)平臺類似,尤其是OptiSpheric?IOL PRO,包括照明系統(tǒng)、測試靶標(biāo)(十字線和USAF分辨率測試圖等)、準(zhǔn)直透鏡(由L1、L2和L3組成)、光闌、放置待測IOL的模型眼,以及成像系統(tǒng)(由顯微鏡物鏡和CCD相機組成)等。其中照明系統(tǒng)配備了480 nm、546 nm和650 nm這3種不同波長的單色光源[24],光路圖如圖3所示。該平臺可測量MTF值、MTF曲線、SR值和USAF分辨率測試圖等指標(biāo)[23,25]。MTF值的測量在一定瞳孔大小和焦平面下進(jìn)行,測量靶標(biāo)是十字線,允差范圍小于5%,測量USAF時的設(shè)置與測量MTF時相同,只是將十字線替換為USAF分辨率測試圖[26-27]。

圖3 PMTF光學(xué)工作臺示意圖 IOL:人工晶狀體

該光學(xué)測試平臺可用于探索不同因素對IOL光學(xué)質(zhì)量的影響[25-26],Can等[25]利用該設(shè)備證實,IOL的折射和衍射光學(xué)元件產(chǎn)生了相反的色差效應(yīng),并且二者產(chǎn)生的色差效應(yīng)可以部分或完全補償。另外,該設(shè)備還可與光學(xué)設(shè)計軟件聯(lián)合應(yīng)用,評估偏心和傾斜對所設(shè)計的各IOL光學(xué)質(zhì)量的影響,Perez-Gracia等[28]利用商業(yè)光學(xué)設(shè)計軟件OSLO和PMTF光學(xué)測試平臺分別對IOL偏心和傾斜時的光學(xué)質(zhì)量進(jìn)行數(shù)值模擬和實驗測量。先由光學(xué)設(shè)計軟件OSLO設(shè)計4種IOL:球面IOL和非球面IOL A、B、C,其中球面IOL為正球差,非球面IOL A和C為負(fù)球差,A的負(fù)球差值高于C,B為零球差。經(jīng)數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn),非球面IOL對偏心和傾斜的敏感性高于球面IOL,偏心引起的光學(xué)質(zhì)量下降對具有較高負(fù)球差設(shè)計的IOL影響更大,而不同球差值的IOL傾斜時光學(xué)質(zhì)量下降差異不明顯,較大負(fù)球差且較低度數(shù)的IOL對傾斜的耐受更好。實驗測量僅比較了+20 D的各IOL的光學(xué)質(zhì)量,結(jié)果與數(shù)值模擬相似。該研究表明,相比于較小負(fù)球差設(shè)計的IOL,較大負(fù)球差設(shè)計的IOL抗偏心能力更差,IOL復(fù)雜的光學(xué)特性提示,在研究其光學(xué)性能時應(yīng)進(jìn)行多方面綜合分析,也為IOL的球差設(shè)計提供了參考。綜上,PMTF光學(xué)測試平臺不僅可用于比較各種IOL的光學(xué)性能,還可用于研究IOL的偏心量和傾斜度等對光學(xué)質(zhì)量的影響。

2.1.4NIMO NIMO光學(xué)測試平臺(比利時Lambda-X公司)采用相移紋影技術(shù),該技術(shù)也是通過測量光束偏差值得到波前像差數(shù)據(jù),以分析IOL等的光學(xué)特性[29-30]。該光學(xué)測試平臺包括由光源、擴散器和±10 nm帶寬的濾光片組成的照明系統(tǒng)、準(zhǔn)直透鏡L1、放置待測IOL的濕房、透鏡L2和L3、光闌、CCD相機等[6,31],如圖4所示。其中,出射光波長為546 nm,瞳孔直徑大小由計算機輸入控制,最大至8 mm。該設(shè)備無法測量定性指標(biāo),但可測量定量指標(biāo)MTF值等,MTF值由基于Matlab的定制應(yīng)用程序(美國Mathworks公司)從實驗波前數(shù)據(jù)中計算得到[5]。

圖4 NIMO光路示意圖

該設(shè)備可對不同光學(xué)設(shè)計的IOL和角膜接觸鏡的Zernike系數(shù)進(jìn)行精確測量,評估其是否符合設(shè)計規(guī)范等[5,29,32]。

Madrid-Costa等[6]利用該設(shè)備比較了新型零球差設(shè)計IOL EnVista(美國Bausch&Lomb公司)和負(fù)球差設(shè)計IOL AcrySof IQ SN60WF(美國Alcon公司)的光學(xué)質(zhì)量,發(fā)現(xiàn)當(dāng)存在角膜像差時,后者的光學(xué)性能更佳。該研究提示,為使更廣泛患者群體獲得更好的術(shù)后視覺質(zhì)量,可考慮開發(fā)不同球差設(shè)計的EnVista,也為其他IOL的球差設(shè)計提供了參考。Ferrer-Blasco等[29]利用該設(shè)備探討單焦點非球面散光矯正型IOL的體外光學(xué)質(zhì)量隨散光度數(shù)變化的規(guī)律,通過測量AcrySof IQ Toric IOL SN6A T2、SN6A T3、SN6A T4、SN6A T5和SN6A T6(美國Alcon公司)的光學(xué)質(zhì)量,發(fā)現(xiàn)AcrySof IQ Toric的光學(xué)性能不受柱鏡度數(shù)大小的影響。Perez-Vives等[33]的實驗利用該設(shè)備首次測量了球面散光矯正型IOL AcrySof Toric(美國Alcon公司)和非球面散光矯正型IOL IQ Toric(美國Alcon公司)的光學(xué)質(zhì)量,發(fā)現(xiàn)當(dāng)應(yīng)用零球差的模型角膜測量IOL光學(xué)質(zhì)量時,在小瞳孔直徑(3 mm)下,2種設(shè)計的IOL光學(xué)質(zhì)量相當(dāng),而在大瞳孔直徑(5 mm)下,球面散光矯正型IOL的光學(xué)質(zhì)量優(yōu)于非球面散光矯正型IOL;然而,當(dāng)應(yīng)用有正球差的模型角膜測量IOL的光學(xué)質(zhì)量時,由于非球面散光矯正型IOL具有的負(fù)球面像差可以補償一部分角膜的正球面像差,其光學(xué)質(zhì)量優(yōu)于球面散光矯正型IOL。綜上所述,該設(shè)備測量光學(xué)質(zhì)量的重復(fù)性高、穩(wěn)定性良好,不僅可以測量IOL的光學(xué)質(zhì)量,還可以測量角膜接觸鏡的光學(xué)質(zhì)量,相比于其他光學(xué)測試平臺應(yīng)用面更為廣泛。

以上是幾種較為常用的光學(xué)測試平臺,從測量的定性指標(biāo)看,OptiSpheric?IOL PRO、PMTF光學(xué)測試平臺可測量USAF分辨率測試圖,便于直接觀察各種因素對IOL整體空間頻率的切向和矢向成像質(zhì)量的影響。其中,OptiSpheric?IOL PRO測量MTF值時精度優(yōu)于PMTF光學(xué)測試平臺。Badal Optometer可測量Badal圖像,便于觀察研究因素對視力的影響。NIMO無法測量定性指標(biāo),是該設(shè)備的一個缺陷,但它能夠測量軸截面屈光度,除用于研究IOL外,還可以用于測量角膜接觸鏡的光學(xué)質(zhì)量,同時還可以調(diào)控瞳孔直徑大小,相比于其他光學(xué)臺更便于探索瞳孔直徑對IOL和角膜接觸鏡的光學(xué)質(zhì)量影響。以上各種光學(xué)平臺各有優(yōu)點,研究者可根據(jù)需要選擇合適的光學(xué)測試平臺(表1)。新的平臺也在不斷的研發(fā)和探索,如Calatayud等[34]設(shè)計了一種精確、穩(wěn)定的IOL體外光學(xué)質(zhì)量測試系統(tǒng),通過多焦點IOL測試其性能和靈敏度,并與OSLO光學(xué)設(shè)計軟件的數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行比較,發(fā)現(xiàn)該自制光學(xué)臺對IOL評價過程更加靈活、高效和可靠。

表1 各光學(xué)測試平臺對比OptiSpheric? IOL PROBadal OptometerPMTFNIMO優(yōu)點MTF測量精度高?？蓽y定量和定性指標(biāo),便于觀察研究因素對不同方向圖像質(zhì)量的影響可測定量和定性指標(biāo),便于直接觀察研究因素對視力影響同OptiSpheric? IOL PRO可測定量指標(biāo)、軸截面屈光度?？捎嬎銠C輸入控制瞳孔直徑。適用范圍廣,可測量IOL和角膜接觸鏡缺點--MTF測量精度低于Opti-Spheric? IOL PRO無法測量定性指標(biāo)適用范圍探索各種因素對IOL光學(xué)質(zhì)量的影響同OptiSpheric? IOL PRO同OptiSpheric? IOL PRO同OptiSpheric? IOL PRO,還可評估角膜接觸鏡的光學(xué)性能

2.2 光學(xué)設(shè)計軟件

光學(xué)設(shè)計軟件的測量原理可分為基于幾何光學(xué)的光線追跡法和基于波動光學(xué)的場追跡法。

2.2.1運用光線追跡技術(shù)的光學(xué)設(shè)計軟件 此類光學(xué)設(shè)計軟件利用光線追跡技術(shù)通過計算機建立模型眼,以IOL具體參數(shù)替代模型眼中晶狀體的相關(guān)數(shù)據(jù),模擬不同設(shè)置的光線通過模型眼在視網(wǎng)膜的成像過程?？蓪OL在不同瞳孔直徑大小、偏心量、傾斜度和旋轉(zhuǎn)度等狀態(tài)下進(jìn)行數(shù)值模擬,以評估其光學(xué)質(zhì)量、優(yōu)化IOL的光學(xué)設(shè)計,以及探索可能的新設(shè)計等[35-37]。

2.2.1.1ZEMAX ZEMAX光學(xué)設(shè)計軟件(美國ZEMAX Development Corporation公司)運用光線追跡技術(shù)構(gòu)建模型眼,可對IOL進(jìn)行上述研究,還可用于探索阿貝數(shù)、散光對IOL的縱向色差的影響[7,38]。張斌團隊運用該光學(xué)設(shè)計軟件進(jìn)行了一系列體外光學(xué)實驗,探索了旋轉(zhuǎn)對不同散光度數(shù)的Toric IOL成像質(zhì)量、波前像差的影響,發(fā)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)會導(dǎo)致Toric IOL的成像質(zhì)量下降,并且散光度數(shù)越高影響越明顯,而Toric IOL的旋轉(zhuǎn)主要造成了柱鏡和正球鏡度數(shù)的增加,高階像差不受影響[7]。該團隊還研究了旋轉(zhuǎn)和偏心對Toric IOL的成像質(zhì)量和波前像差的影響,發(fā)現(xiàn)Toric IOL對偏心的耐受性與球面IOL非常接近,其在偏心時的成像質(zhì)量只受偏心量的影響,偏心主要造成了彗差的增加,散光和三葉草像差增加較少,并且與先前的研究一致,Toric IOL旋轉(zhuǎn)主要引起散光的增加,高階像差并未發(fā)生改變[39]。這些IOL位置的體外研究,解釋了Toric IOL偏心和旋轉(zhuǎn)后成像質(zhì)量下降的光學(xué)原理,為臨床中這些問題的改善帶來啟示。此外,他們還探索了不同球差設(shè)計的Toric IOL對旋轉(zhuǎn)、偏心的耐受性及成像規(guī)律,發(fā)現(xiàn)-0.26 μm球差的Toric IOL居中時成像質(zhì)量良好,但對偏心的耐受性較差。利用ZEMAX光學(xué)設(shè)計軟件對其球差進(jìn)行適量優(yōu)化,可以在保持對偏心和旋轉(zhuǎn)的耐受性的同時提高Toric IOL的成像質(zhì)量,使其光學(xué)性能更佳[38]。利用該光學(xué)設(shè)計軟件可設(shè)計新型IOL并檢測其光學(xué)性能[40-41]。如周曉紅[41]等利用ZEMAX軟件設(shè)計了一種新的雙元件可調(diào)節(jié)IOL,并對其成像結(jié)果進(jìn)行數(shù)值模擬評估,發(fā)現(xiàn)本研究設(shè)計的雙元件可調(diào)節(jié)IOL仿真結(jié)果,可以滿足IOL植入光學(xué)特性和測試標(biāo)準(zhǔn)要求。綜上所述,ZEMAX光學(xué)設(shè)計軟件可以快速、方便地測量IOL的光學(xué)質(zhì)量,相比于光學(xué)測試平臺其可應(yīng)用范圍更廣,如可用于設(shè)計新型IOL、優(yōu)化IOL設(shè)計等,而與其他光學(xué)設(shè)計軟件相比,其在國內(nèi)的應(yīng)用相對較多。

2.2.1.2OSLO OSLO光學(xué)設(shè)計軟件(美國Lambda Research公司)可用于測量IOL的光學(xué)質(zhì)量、探索各種客觀因素對IOL成像質(zhì)量的影響[28,42],還能用于驗證設(shè)計IOL的光學(xué)性能。Alarcon等[43]利用OSLO光學(xué)設(shè)計軟件和光學(xué)測試平臺對基于高階非球面設(shè)計的新型單焦點IOL進(jìn)行光學(xué)數(shù)值模擬和實驗測量,發(fā)現(xiàn)新型IOL不僅可以提供與傳統(tǒng)單焦點IOL相當(dāng)?shù)倪h(yuǎn)距離圖像質(zhì)量,還可帶來更好的中距離視力,該實驗提供了可供參考的臨床前數(shù)據(jù)。

此外,還有光學(xué)設(shè)計軟件Code V(美國Synopsis公司)和Lighttools(美國Synopsis公司)也是通過光線追跡法構(gòu)建模型眼對IOL進(jìn)行體外光學(xué)研究[44-45]。

2.2.2運用場追跡技術(shù)的光學(xué)設(shè)計軟件 基于場追跡技術(shù)的光學(xué)設(shè)計軟件包括光學(xué)波動模擬軟件場追跡程序VirtualLab (德國Wyrowski Photonics GmbH公司)等。該軟件建模靈活,可以更精確地描述各種光學(xué)效應(yīng),如可對具有小的衍射結(jié)構(gòu)的IOL進(jìn)行準(zhǔn)確建模,同時考慮到光的波動性和干涉性,從而提供更真實的視網(wǎng)膜圖像質(zhì)量[46-47]。Song等[46]運用該光學(xué)模擬軟件對IOL成像質(zhì)量進(jìn)行評價,并與傳統(tǒng)的光追跡模擬技術(shù)進(jìn)行比較,發(fā)現(xiàn)場追跡光學(xué)模擬技術(shù)是評估IOL在偏心和傾斜情況下視覺質(zhì)量的可靠方法。

2.2.3光線追跡技術(shù)和場追跡技術(shù)光學(xué)設(shè)計軟件的對比 相比于運用光線追跡技術(shù)的光學(xué)設(shè)計軟件,運用場追跡技術(shù)的光學(xué)設(shè)計軟件進(jìn)行模型眼和IOL建模時更加靈活、精確,尤其在對復(fù)雜光學(xué)設(shè)計的IOL進(jìn)行建模時優(yōu)點更為突出。另外,運用光線追跡技術(shù)的光學(xué)設(shè)計軟件測量速度更快,且對計算能力要求不高,場追跡技術(shù)則對于CPU和內(nèi)存的要求較高,而隨著近年來強大運算能力計算機的普及,運用場追跡技術(shù)的光學(xué)設(shè)計軟件應(yīng)用越來越多[47-50](表2)。

表2 各光學(xué)設(shè)計軟件對比ZEMAXOSALVirtualLab優(yōu)點測量快同ZEMAX建模靈活且準(zhǔn)確缺點對復(fù)雜光學(xué)設(shè)計的IOL建模不夠準(zhǔn)確同ZEMAX對計算機運算能力要求高適用范圍可進(jìn)行與光學(xué)測試平臺相同的體外研究,還可設(shè)計、優(yōu)化IOL同ZEMAX同ZEMAX,且可準(zhǔn)確模擬評估復(fù)雜光學(xué)設(shè)計IOL的光學(xué)性能

2.3 光學(xué)測試平臺和光學(xué)設(shè)計軟件的應(yīng)用

近年來,光學(xué)測試平臺的研究和應(yīng)用備受關(guān)注,其中以光學(xué)臺OptiSpheric?IOL PRO較為廣泛。在光學(xué)設(shè)計軟件方面,雖然ZEMAX被廣泛使用,但在對設(shè)計復(fù)雜的IOL進(jìn)行光學(xué)質(zhì)量測量時,VirtualLab的結(jié)果更貼近真實。此外,光學(xué)設(shè)計軟件無需真實的IOL,僅需其光學(xué)數(shù)據(jù)就可進(jìn)行相關(guān)研究,相比于光學(xué)測試平臺,其更加方便、經(jīng)濟,并且模擬得到的MTF數(shù)值一般略高于光學(xué)測試平臺實際測量所得的MTF值,這可能是因為它排除了更多的客觀因素干擾[28]。

3 體外光學(xué)測試的局限性

雖然體外測試具有眾多優(yōu)點,但也有一定的局限性,不同測試平臺運用的光學(xué)測量原理不同,可能導(dǎo)致測試同一IOL時得出不同的結(jié)果。與體內(nèi)測試相比,體外測試的結(jié)果可能存在某些差異,如Barbero等[37]的研究表明,除球差外,大多數(shù)情況下體內(nèi)研究中IOL的像差(尤其是三階像差)高于體外研究。另外,體內(nèi)外光學(xué)介質(zhì)的不同也可能造成結(jié)果的差異。但體內(nèi)外測試的結(jié)論往往具有一致性,如球面IOL與非球面IOL的體內(nèi)外研究,以及IOL偏心方面的研究等[10,16,51-52]。另外,模型眼各項參數(shù)與人眼存在差異,光學(xué)測試平臺接收的圖像以及光學(xué)設(shè)計軟件模擬的視網(wǎng)膜圖像與被檢者所感知的圖像并不完全相同,例如Badal Optometer圖像沒有考慮到雙眼的影響[19]。

4 小結(jié)

IOL的體外光學(xué)研究有助于醫(yī)生深入了解各種IOL的光學(xué)性能,明確各種因素對IOL光學(xué)質(zhì)量的影響,為解決臨床相關(guān)問題提供啟示,推動精準(zhǔn)醫(yī)療的實現(xiàn)。與體內(nèi)實驗相比,體外光學(xué)質(zhì)量測試系統(tǒng)具有功能多樣、測試結(jié)果客觀性強等優(yōu)點。雖然其本身存在一定的局限性,但也為其改進(jìn)提供了思路。例如,通過改進(jìn)模型眼的設(shè)計,使其更加接近人眼生理狀態(tài),包括人工角膜的設(shè)計等。此外,設(shè)備中的其他參數(shù)設(shè)置也應(yīng)更加接近人眼,以縮小體外實驗裝置的測試環(huán)境與體內(nèi)環(huán)境的差異。同時,還可以改進(jìn)測量技術(shù)以保證測量不同設(shè)計的IOL時結(jié)果的準(zhǔn)確性、改進(jìn)光學(xué)測試平臺的設(shè)計使得在測量時考慮雙眼的影響等。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突