球面人工晶體和球面人工晶體在視功能和波前像差方面的比較...

白內障患者植入球面人工晶狀體（球面IOL）后，部分患者存在客觀視力好，卻主訴視物模糊，尤其夜間視力差、眩光、光暈、重影等問題，根據波前像差技術，人們設計出在光學上與人眼自然晶狀體更接近的非球面人工晶狀體（非球面IOL）,用以提高術后視功能。本文從多個方面總結非球面IOL與球面IOL的區別，以及影響比較結果的因素。

一. 非球面IOL與球面IOL的技術沿革及設計原理比較

1. 近年來，波前像差技術在眼科得到應用，人們認識到波前像差尤其是球差是影響球面IOL眼視功能的主要因素[1,2]。角膜具有正球差，平均球差為+0.27μm[3]，年輕人的晶狀體為負球差，與角膜正球差相抵消，從而達到高質量清晰的圖像。隨著年齡增加，晶狀體趨向正球差發展，球面IOL具有正球差，植入IOL后增加了人眼的正球差，影響了患者的視功能[4]。為了減小球差，理想的IOL是非球面的，曲率半徑應該隨著距中軸線距離的增加而增加,非球面IOL正是基于這一理論而產生的。
2. 非球面IOL與球面IOL設計原理  非球面IOL與球面IOL設計上的差異只是IOL光學部表面形狀不同，球面IOL光學部表面為球面設計，非球面IOL光學周邊部表面經過改良，延長。從非球面IOL的非球面性設計原理來分類，可以分為：

a. 根據添加的球差數值來分，非球面IOL的設計存在3種設計理念:使全眼的球差無限接近于零,球差無限接近于零時，IOL的調制傳遞函數（MTF）得到提高，在臨床上有導致調節范圍變窄的可能,如Tecnis Z9000（球差為-0.27μm）,Acri.smart36A（球差為-0.26μm）;使全眼略保留一點正性球差,理論上既能達到較好的視覺質量又避免了調節范圍變窄，如AcrySof IQ (SN60WF)(球差為-0.20μm)， Canon Staar KS?3Ai(球差為- 0.18μm);不增加原有的球差,這種非球面IOL本身為零球差，不彌補角膜正球差，理論上保持了良好的焦深，同時能降低IOL偏位、傾斜帶來的風險，如Sofport AO, Akreos AO, ThinOptX Ultrachoice 1.0。

b. 根據光學部表面非球面設計來分:前表面采用非球面設計，即由中心向周邊逐漸變得平坦,如Tecnis Z系列IOL和Tcnis ZM 900衍射型多焦點IOL；后表面非球面設計，IOL后表面中央變薄，并減少其周邊陡峭度，從而矯正球差，如AcrySof IQ (SN60WF);前后表面非球面設計,采用了雙凸非球面設計，整個IOL周邊和中心的屈光度是一致的，本身無球差，如Sofport AO和Akreos AO。

c. 根據角膜Q值調整的非球面IOL:Q值描述的是角膜沿子午線截面的非球面性及形態如何，是角膜前表面的形態參數。國外正常人群的平均Q值為? 0.26～ ? 0.27。Acri.Smart36A IOL就是根據角膜平均Q值? 0.26設計的雙曲面非球面IOL，其本身為負球差，當瞳孔直徑6mm時附加了? 0.26μm的球差。

二. 國內外學者對非球面IOL及球面IOL的比較研究

1. AcrySof IQ (SN60WF)對比AcrySof Natural(SN60AT)兩種晶狀體在材質上*一樣，僅光學部表面設計不同。Mester等[5]選擇70眼植入AcrySof IQ非球面IOL，36眼植入AcrySof Natural球面IOL，術后6wk時測量各項指標，發現兩組無屈光不正眼無視力差異。瞳孔直徑4，5mm時，AcrySof IQ組球差明顯小于AcrySof Natural組。28眼植入非常高或非常低度數的AcrySof IQ晶狀體后，擁有相似的球差。研究者發現即使是在小瞳孔條件下，非球面IOL也能降低球差且與IOL的度數無相關性。角膜前表面的非球面性（Q值）與術后眼球差有明顯相關性。Awwad等[6]選擇36例患者52眼，其中27眼植入AcrySof IQ非球面IOL，25眼植入AcrySof Natural球面IOL，瞳孔在4,5,6mm時總高階像差及球差AcrySof IQ組小于AcrySof Natural組；彗差，三葉草差，五階像差兩組間無明顯差別。在中間視覺條件下12,18cpd頻段不伴眩光以及在18cpd頻段伴眩光時，AcrySof IQ組對比敏感度好于AcrySof Natural組，明視力條件下兩組對比敏感度相似。Rocha等[7]選擇40眼植入AcrySof IQ非球面IOL,40眼植入AcrySof Natural球面IOL,術后90d檢測，發現AcrySof Natural組比AcrySof IQ組有更大的球差。但是以6m作為遠距離，1m作為中間距離，0.33m作為近距離時， AcrySof Natural組有更好的遠視力矯正后近視力及遠視力矯正后中間距離視力，提示球面IOL眼比非球面IOL眼有更大焦深和更好的對離焦的耐受性。畢宏生等[8]選擇60例患者76眼植入AcrySof IQ非球面IOL，72例患者84眼植入AcrySof Natural球面IOL，發現AcrySof IQ組球差小于AcrySof Natural組，差異有統計學意義，但裸眼視力、*矯正視力無統計學差異，低、中、高各頻段對比敏感度和眩光敏感度AcrySof IQ組好于AcrySof Natural組，差異有統計學意義。問卷結果顯示AcrySof IQ組較AcrySof Natural組術后眩光、光暈的發生率低，患者滿意度較高。
2. Tecnis Z9000對比Cee?on Edge,AcrySof IQ(SN60WF) 對比 AcrySof Natural(SN60AT)，Akreos AO對比Akreos Adapt  Cuthbertson等[9]選擇30例患者30眼，患者隨意植入以上6種IOL中的一種，每種IOL有5例患者，共分3個對照組，分別是Tecnis Z9000非球面IOL與Cee?on Edge球面IOL對照組， AcrySof IQ非球面IOL與AcrySof Natural球面IOL對照組， Akreos AO非球面IOL與Akreos Adapt球面IOL對照組。每個對照組的兩種IOL材料和設計相同，*的不同是光學部表面設計。術后2wk;3mo時檢測各項指標。根據角膜地形圖，各對照組間角膜平均K值沒有明顯差異。在標準光照條件下，所有對照組間*矯正視力無明顯差異。Tecnis Z9000組與Cee?on Edge組相比，在4種光照條件（中間視覺伴或不伴眩光，亮光伴或不伴眩光）下，Tecnis Z9000組對比敏感度均好于Cee?on Edge組，尤其在中間視覺伴眩光條件下6cpd頻段，以及亮光伴或不伴眩光條件下3,6cpd頻段有統計學差異。AcrySof IQ組與AcrySof Natural組相比，在任何光照條件下，兩組對比敏感度無統計學差異。值得注意的是，Akreos AO組與Akreos Adapt組相比，在中間視覺伴眩光條件下12cpd頻段Akreos Adapt組對比敏感度明顯好于Akreos AO組。所有IOL眼散瞳后在zui大瞳孔直徑下，測量球差，所有非球面IOL組球差比其相對應的球面IOL組有所減小，其中Tecnis Z9000與Cee?on Edge對照組以及AcrySof IQ與 AcrySof Natural對照組有統計學差異，Akreos AO與Akreos Adapt對照組無統計學差異。在不同瞳孔直徑下，非球面IOL比球面IOL有更穩定的屈光度，平均屈光度球鏡當量（SE）無差異。視功能調查問卷顯示，除了Akreos Adapt組對問卷中兩個問題的滿意度高于Akreos AO組，其余問題的回答在各對比組均沒有差異。
3. Tecnis Z9001對比ClariFlex  Patrick等[10]選擇25例雙眼白內障患者，每例患者1眼植入Tecnis Z9001非球面IOL,對側眼植入ClariFlex球面IOL。兩種IOL為同一公司生產的同一種材料的晶狀體。術后1d;1,3mo時分別測量各項指標，兩組裸眼視力、*矯正視力、平均屈光度球鏡當量（SE）無統計學差異。在明視力條件下12,18cpd頻段伴眩光，18cpd頻段不伴眩光時以及在中間視覺條件下3,6cpd頻段伴眩光，3,6,12,18cpd頻段不伴眩光時，Tecnis Z9001組對比敏感度明顯好于ClariFlex組，差異有統計學意義。術后1,3mo時，在瞳孔直徑6mm狀態下，Tecnis Z9001組總體像差低于ClariFlex組，在瞳孔直徑5,6mm時，Tecnis Z9001組高階像差及球差低于ClariFlex組，差異均有統計學意義。在主觀視力方面，52%的患者認為兩眼視力沒有差異，48%的患者認為Tecnis Z9001 IOL眼視力好于ClariFlex眼。
4. Tecnis Z9000對比Sensar AR40e, Stabibag  Mu?oz等[11]選擇30例雙眼白內障患者隨機的1眼植人Tecnis Z9000非球面IOL，而對側眼植入Sensar AR40e球面IOL或者Stabibag球面IOL，術后1d;1,6mo時測量4mm和6mm瞳孔直徑下的眼波前像差、視力、明視力及中間視覺條件下的對比敏感度。結果顯示:各組角膜球差無差異，Tecnis Z9000組比對照組擁有更小的眼球差、總像差和更高的Strehl比率，且差異有統計學意義；在瞳孔直徑4,6mm時Tecnis Z9000組比Stabibag組獲得更小的彗差，瞳孔直徑4mm時Tecnis Z9000組比Sensar AR40e組獲得更小的彗差。術后屈光度，視力，對比敏感度在3組中沒有明顯差異。
5. AcrySof IQ (SN60WF)對比Sensar AR40e  陳敏等[12]選擇48例患者60眼，其中30例患者35眼植入AcrySof IQ非球面IOL，18例患者25眼植入Sensar AR40e球面IOL。兩組IOL材料及光學面直徑均相同。術后3mo檢查患者在3種瞳孔直徑（2～2.5,4～5,8mm）低、中、高頻段時的對比敏感度和眩光對比敏感度。發現球面IOL組:在瞳孔2～2.5mm時，各個空間頻率的對比敏感度與眩光對比敏感度之間的差異均無統計學意義；直徑4～5mm時，在中、高頻段的對比敏感度與眩光對比敏感度之間的差異有統計學意義；瞳孔直徑8mm時，全部頻段的對比敏感度與眩光對比敏感度之間的差異均具有統計學意義。非球面IOL組：3個瞳孔直徑下各個空間頻率的對比敏感度與眩光對比敏感度之間的差異均不具有顯著性意義。瞳孔直徑2～2.5mm及4～5mm時，在高頻段球面組與非球面IOL組的對比敏感度之間的差異有統計學意義；瞳孔直徑8mm時，在低頻段兩組之間的眩光對比敏感度的差異有統計學意義,在中頻段兩組的對比敏感度及眩光對比敏感度之間的差異均具有統計學意義。研究者認為在球面IOL組，隨著瞳孔直徑的增大，對比敏感度及眩光對比敏感度均在下降，且瞳孔越大，附加眩光時引起對比敏感度的下降效應越明顯。在非球面IOL組，在各個瞳孔直徑時附加眩光均不引起對比敏感度的明顯下降。瞳孔直徑越大，非球面IOL補償正性球差、減少球差的作用越明顯。
6. Tecnis Z9001,AcrySof Natural （SN60AT),Array SA40N三者對比  曾明兵等[13]選擇124例患者進行隨機分組，其中一組患者植入Tecnis Z9001非球面IOL,一組植入AcrySof Natural單焦球面IOL,一組植入Array SA40N多焦球面IOL。術后的*矯正視力,瞳孔直徑,撕囊口直徑的大小及角膜高階像差無統計學差異；術后球差及總體像差，Array SA40N組大于AcrySof Natural組,AcrySof Natural組大于Tecnis Z9001組；對比敏感度比較,在所有的空間頻率段,Tecnis Z9001組好于AcrySof Natural組, AcrySof Natural組好于Array SA40N組。研究者認為多焦點IOL與單焦點IOL相比,多焦點IOL可以引起眼的高階像差增加,對比敏感度降低，非球面IOL可以減少球差、增加對比敏感度。
7. 多種球面、非球面IOL和衍射、折射多焦IOL對比  Terwee等[14]通過模型眼將各種IOL的視網膜圖像及投射光傳導通路可視化，該模型眼的角膜具有人眼平均角膜球差，IOL置于角膜后，將單色綠色光投射入模型眼，使透過IOL的匯聚光束可見。此外將一個美國*視標投射通過該模型，捕捉視網膜圖像。實驗的IOL有：多焦非球面IOL有衍射型Tecnis ZM900 IOL,ZMA00 IOL和折射型ReZoom NXG1 IOL，多焦球面IOL有階梯漸進衍射型AcrySof ReSTOR (SA60D3) IOL和衍射型CeeON 811E IOL。單焦IOL有球面Cee?on Edge 911A IOL和非球面Sofport LI61AO,AcrySof IQ (SN60WF),Tecnis ZA9003 IOL。通過測量各個IOL在模型眼瞳孔直徑3,5mm時（中間視覺）MTF值，比較各個IOL在兩個瞳孔直徑時MTF差值，以及視網膜成像的敏銳度差異。發現不論是單焦非球面IOL還是多焦非球面IOL，將眼球差矯正越趨向于零，瞳孔直徑在3,5mm時的MTF差值越小，對應的5mm瞳孔直徑視網膜成像敏銳度越高。本研究中，非球面多焦IOL有兩個清晰的焦點，而球面單焦IOL焦點較模糊，視網膜成像敏銳度也顯示這種效應，在瞳孔直徑5mm時尤為明顯，這說明在中間視覺條件下非球面多焦IOL的成像質量，甚至比傳統的球面單焦IOL好。

三. 非球面IOL眼和球面IOL眼各項觀測指標的比較

我們總結上述對比研究及其他研究，從視力、對比敏感度及波前像差等觀測指標的角度來總結非球面IOL眼與球面IOL眼兩者的差異。

1. 瞳孔直徑、撕囊口直徑、角膜K值  研究顯示非球面IOL眼和球面IOL眼相比，在瞳孔直徑，撕囊口直徑大小方面無差異，角膜K值無差異[9]。
2. 視力  研究[8,10]顯示非球面IOL眼與球面IOL眼相比，裸眼視力、*矯正視力無統計學差異。
3. 對比敏感度  多數研究[8,10,12]顯示在不同光照條件下，全部頻段或部分頻段，尤其是在中、高頻段，非球面IOL眼的對比敏感度或眩光對比敏感度好于球面IOL眼。但有少數研究顯示非球面IOL眼對比敏感度并未優于球面IOL眼，比如Mu?oz等[11]對比了Tecnis Z9000非球面IOL及Sensar AR40e球面IOL,Stabibag球面IOL，發現Tecnis Z9000 IOL眼未能提高對比敏感度，研究者認為結果可能與3種因素有關:(1)采用的研究方法不夠敏感，不能體現對比敏感度的差異;(2)材料的影響，此研究中非球面IOL為硅膠材料，球面IOL為丙烯酸酯材料,材料的差異可能彌補了IOL設計上的差異;(3)光學質量的提高可能并不一定帶來視覺質量的提高。Cuthbertson等[9]比較6種IOL時，發現Akreos AO非球面IOL眼與Akreos Adapt球面IOL眼相比，在中間視覺伴眩光條件下，12cpd時球面Adapt組對比敏感度反而好于非球面AO組，研究者對3種球面IOL（AcrySof Natural,Akreos Adapt,Cee?on Edge 911A）導致的眼正性球差進行比較時發現， Akreos Adapt導致的正性眼球差zui小，這可能是導致Akreos AO眼相比于Akreos Adapt眼球差沒有統計學差異的原因，因為對比敏感度與球差有關系，球面IOL本身球差的差異可能影響球面IOL與非球面IOL的對比敏感度的比較結果。
4. 波前像差  絕大多數研究顯示，非球面IOL確實減少了眼球差[5,7]、高階像差[6]及總像差[10,11]，尤其是在大瞳孔條件下差異更明顯。彗差、三葉草差、五階像差在非球面IOL眼和球面IOL眼之間無明顯差別[6],亦有研究[11]發現非球面IOL相比于球面IOL來說，在降低球差的同時伴隨彗差的降低。角膜的球差及高階像差無差異[12,13]。
5. 主觀視覺感受  對比非球面IOL眼和球面IOL眼，患者能否主觀感覺到視覺質量有所不同，目前尚不明確。部分研究顯示，非球面IOL患者沒有比球面IOL患者更好的主觀視覺感受。例如，Franchini等[15]比較了Tecnis Z9000非球面IOL及Sensar AR40e球面IOL，發現兩組患者對光暈、眩光的主觀感受沒有差異。也有研究[8,10]顯示非球面IOL患者眩光、光暈的發生率低，患者滿意度較高。少見的是球面IOL組患者的主觀滿意度高于非球面IOL組，例如Cuthbertson等[9]發現患者在完成視功能調查表時，球面Akreos Adapt組對問卷中兩個問題的滿意度高于非球面Akreos AO組,研究者認為可能的解釋是保留zui適的正性球差比保留一部分正性球差更有益，且可能與小樣本研究有關。
6. 焦深  研究[7]顯示非球面IOL眼在眼球差降低的同時，焦深降低，對離焦的耐受性降低。
7. 屈光度  有研究[9]顯示不同瞳孔直徑下，非球面IOL眼比球面IOL眼有更穩定的屈光度，研究者認為在昏暗光線下，對于一些患者近視度數增加的問題，非球面IOL可能有所幫助。也有研究[11]顯示兩者屈光度沒有差異。平均屈光度球鏡當量（SE）沒有差異[9,10]。
8. 夜間駕駛能力  在一項臨床可控性、多中心的夜間模擬駕駛的研究中，研究者采用Tecnis Z9001與AcrySof Natural (SA60AT)進行實驗，結果發現Tecnis Z9001 IOL可以提供額外0.5s反應時間，相當于在89kph的速度下，辨認距離提高了14m。這些發現說明，矯正球差可顯著改善駕駛員識別目標的能力和在低能見度條件下操作的能力[16]。
9. 模型眼可視成像質量對比  運用模型眼[14]，發現在大瞳孔直徑時，相比于球面IOL眼，非球面IOL眼MTF值較大，且隨著瞳孔直徑變化MTF值變化較小，直視下，多焦非球面IOL的兩個焦點比球面單焦IOL焦點更清晰，非球面IOL比球面IOL的視網膜圖像有更高的敏銳度。

四. 非球面IOL與球面IOL相比其*性

從非球面IOL光學特性來看,非球面IOL對視功能的影響主要體現在對視覺成像質量的變化上，所以目前多從成像質量的角度來評價非球面IOL與球面IOL的差異，高階像差的總和被認為與視覺質量有關，其中球差是影響IOL眼視覺質量的zui重要的高階像差[17]，此外視力、對比敏感度也是主要的視覺成像質量的觀察指標。大多數研究顯示非球面IOL眼與球面IOL眼相比，非球面IOL眼高階像差尤其是球差降低，更接近于年輕人的自然晶狀體眼。此外非球面IOL眼對比敏感度好于球面IOL眼,尤其是在大瞳孔、高空間頻率和眩光狀態下差異更明顯[12]，從而改善夜間眩光狀態下視力。說明非球面IOL確實能在一定程度上改善視功能。

五. 影響非球面IOL*性表現的因素

影響非球面IOL的*性，及影響非球面IOL與球面IOL比較結果的因素有

(1) IOL的形狀的影響:IOL的形狀是影響球差的重要的因素[18]， Uchio等[19]研究了4種不同形狀IOL，即平凸形、雙凸形（前面較凸）、雙凸形（前后相同）、雙凸形（后面較凸），發現平凸形IOL組球差zui小(較小或較大度數除外),雙凸形（前面較凸）IOL組在高度數中表現為較小的眩光和球差，雙凸形（前后相同）IOL組界于兩者之間，雙凸形（后面較凸）型IOL組在任何屈光情況下均表現為zui小的眩光。

(2) IOL材料的影響:Vilarrodona等[20]發現丙烯酸酯IOL所導致的IOL眼像差的升高較聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)IOL和硅凝膠IOL更明顯。Tognetto等[21]發現丙烯酸酯IOL比硅凝膠IOL有更好的MTF。

(3) IOL調位孔、邊緣及襻的影響:直徑為6mm的IOL調位孔和邊緣在瞳孔區外露的機會較7mm直徑IOL的多，調位孔和邊緣外露可引起單眼復視、眩光等，在暗光下尤為明顯。IOL襻的設計對IOL眼的像差也有明顯影響[22]。

(4) IOL居中性、傾斜度的影響:Holladay等[23]認為非球面IOL若偏中心0.5mm，傾斜7°以上，其本身具有的優勢將消失。此外瞳孔中心、角膜中心、視軸中心并不在同一軸線上，在白內障手術中，IOL的居中通常以瞳孔中心為基礎，瞳孔中心平均離開視軸0.37mm，即使IOL放置在瞳孔的中心，也位于囊袋內，但是它并不一定位于視軸的中心，有可能對波前像差有所影響。

(5)瞳孔直徑的影響:由于非球面IOL只是光學部的周邊非球面化,所以對于一些瞳孔較小的老齡患者，則不能體現非球面IOL與球面IOL的成像差異。

(6)黃斑、視網膜功能的影響:視功能不僅受到屈光系統的影響，還受眼底視網膜及黃斑功能的影響，年齡等因素導致的視網膜神經節細胞功能的衰退，使一部分高齡患者對于球差的變化不敏感。

(7)眼*球差的值尚未有定論:Levy等[24]研究了35例超視力眼發現平均眼球差為+0.1μm，推測保留+0.1μm球差對于視覺質量是有利的，但是沒有從邏輯角度論證球差是導致超視力的原因。Beiko等[25]選擇一組角膜球差為+0.37μm的患者，植入球差為?0.27μm的Tecnis IQ IOL，以將術后眼球差達到+0.1μm，發現這組患者的對比敏感度在明視力及中間視覺條件下均好于沒有進行患者選擇的一組。但是Terwee等[14]通過模型眼發現非球面IOL將眼球差矯正越趨向于零，視網膜成像質量越好。另外Douglas等[26]通過研究發現，人眼*矯正球差在個體之間差異很大，認為人眼*矯正球差不僅與角膜球差有關，還與角膜高階像差有關。此外降低球差可導致焦深的減小，對離焦耐受性降低[7]。

(8)球差與色差、其他像差的平衡問題:非球面IOL較球面IOL能夠減少球差，不能矯正色差等其他像差，而目前大多研究是針對單色差進行波前像差的分析，忽略了色差對視覺質量的影響。McLellan等[27]發現一定量的正球差的存在能夠彌補色差和高階單色像差的副作用，減小球差可能會導致其它像差（如彗差）的增加。怎樣才能使球差和色差、其他像差達到平衡是有待于進一步研究的問題。

(9)目前研究方法的不足:雖然非球面IOL眼術后的高階像差低于球面IOL,但其視力和對比敏感度的結果并不*與之相對應[11]，目前人們對各階像差與視功能之間的關系認識還不夠深入,像差測量的穩定性還不夠，不同測量儀之間的系統誤差較大。臨床對于視覺質量的客觀評價方法尚不夠*[28]。此外還需考慮IOL的屈光指數及厚度、角膜內皮情況、屈光介質透明度、后囊膜是否混濁、白內障手術切口等因素，這些因素可能對像差有所影響。術后隨訪時間及樣本數量對臨床研究結果可能有影響。相比于非球面IOL，部分患者更適宜植入球面IOL，比如有遠視屈光手術史導致角膜球差減小的患者，對于囊袋不完整、懸韌帶松弛或者有囊袋收縮情況，也不適宜植入非球面IOL。

六. 非球面IOL的展望

　　非球面IOL為我們帶來了提高視覺質量的希望，了波前像差理論引導的新一代IOL的潮流。正如Mester等[5]研究發現，角膜的非球面性（Q值）與術后眼球差有明顯相關性，以及Douglas等[26]發現角膜高階像差與術后眼球差有相關性。如果我們能夠結合患者角膜Q值及角膜高階像差，并研究出人眼zui適全眼球差的值，且市場上有多種具有不同球差值的非球面IOL可供選擇的的話，我們將能夠結合患者對視覺質量的特殊要求，選擇具有適合球差的非球面IOL[29]，使術后眼球差達到預設值,患者獲得更好的視覺質量，屆時將使非球面IOL植入術達到個性化、個體化，真正體現非球面IOL的*性。