1 概述

1.1 波前像差 光线偏离理想光路，会导致物体上一点在视网膜的对应点不是一个理想的像点，而是一个发散的光斑，其结果是整个视网膜像对比下降，视觉模糊，这种成像偏差称为像差 ［1］ 。用光线的矩阵轨迹形成波前并和理想的球面波比较，可以发现两者存在的偏差，这种偏差称为波前像差 ［2］ 。

人眼并非是理想的光学系统，其波前像差主要来源于:角膜和晶状体表面不理想，其表面曲率存在局部偏差;角膜与晶状体、玻璃体不同轴;角膜和晶状体以及玻璃体的内含物质不均匀，使折射率有局部偏差等光学系统的缺陷。

描述人眼波前像差的方法有两种 ［3］ 。一为波前像差图，较直观，该图将人眼波前像差按其在瞳孔面上不同部位引起的位相差直接在二维或三维的图谱上标出，类似角膜地形图。但角膜地形图仅给出角膜第一表面的形态，而波前像差仪给出整个眼睛包括泪膜、角膜、晶状体、玻璃体和视网膜在内的全部波前像差分布。另一描述方法将波前像差用Zernike多项式化算为数值表示，Zernike多项式为一正交函数序列，常用的Zernike多项式为7阶35项，第1、第2阶为低阶像差（球―柱镜偏差）;第3到第6阶为高阶像差，高阶像差的总和被认为与最佳矫正视力和视觉质量有关。低阶像差（函数项）可对应于传统的几何光学像差，而高阶像差则对应于一些非经典的像差。例如:第4项为离焦，第3和第5项分别为0°或90°和45°的散光，第7和第8项分别为X和Y轴上的三阶彗差，第12项为三阶球差，其它项则超越了传统几何光学的描述范围。

1.2 对比敏感度 临床上，视功能的检查包括视力、视野、色觉、暗适应、立体视觉、对比敏感度和视觉电生理检查 ［4］ 。视觉系统最重要的功能是形觉，它反映视觉系统对外界空间的分辨能力，即不仅感觉到物体的光，且能分辨它和认识它的形状。目前常用Snellen视力表来评价形觉功能。但其有局限性，不能全面精确地反映人眼形觉功能的特性。单纯用视力表检查视力只能反映黄斑在高对比度（黑白反差明显）情况下分辨微小目标（高空间频率）的能力。而在日常生活中物体间明暗对比并非如此强烈，因此有必要进行对比敏感度检查。

 对比敏感度就是在明亮对比变化下，人眼视觉系统对不同空间频率的正弦光栅视标的识别能力。空间频率是指1度视角所含条栅的数目（周数），单位为周/度（c/d）。对比敏感度由黑色条栅与白色间隔的亮度来决定。人眼所能识别的最小对比度，称为对比敏感度阈值 ［5］ 。阈值越低视觉系统越敏感。该检查是一种新的形觉功能的定量检查。

以不同的空间频率作为横坐标，对比敏感度作为纵坐标，可绘制出对比敏感度函数（曲线）。在正常人，此函数似倒“U”型，也有人称之为山型或钟型 ［5］ 。它比传统的视力表视力（视标黑白分明、只有大小差别、无明暗变化），能提供更多的信息（低频区反映视觉对比度情况、中频区反映视觉对比度和中心视力综合情况、高频区反映视敏度 ［6］ ），因此能更全面、客观地评价视功能。

由于视觉系统感知信息可能是多通道的，即由许多不同的视通道共同发挥作用来实现，每一个视通道只对某一部分外界目标具有敏感性。常规视力检查只测试了其中一个通道的功能，而实际生活中，有不同对比度和不同空间频率，因此用Snellen视力表测得20/20（1.0）的视力，只表明在对比敏感度曲线上最后一个点的情况，仍可因其它通道的缺损而感到视物不清 ［7］ 。因此检查对比敏感度有助于早期发现与视觉有关的眼病和障碍，也可用于视觉疾病的鉴别和病情的监视，以及白内障复明手术的预后判断。

2 仪器及测量

2.1 波前像差仪及测量方法

2.1.1 波前像差仪 它是一种新型的测量眼球高阶像差的仪器，即能测出眼球整个光学系统的不规则散光。基本组成包括:激光系统、透镜组、光栅、CCD（电荷耦合装置）眼底相机及计算机。工作原理是让一束平行光束直射入眼内，聚焦在视网膜上产生一个点光源，然后从视网膜反射回来。向外反射光线的实际方向可以使用一个透镜组测量出来并形成波前点阵。透镜组放置于眼底相机一倍焦距处，通过相机成像，数据输入计算机，应用数学模型，可以近似地用Zernike多项式计算出波前像差的具体数值 ［8，9］ 。由于反射光线经历了眼部所有光学系统，实际反射光线必定与理想反射光线的方向存在偏差。通过比较它们之间的偏差就可以计算出整个眼屈光系统的像差分布情况，并可以通过三维图像的形式显示在计算机屏幕上。

2.1.2 测量方法 测量人眼像差的方法主要有激光光路追迹法、Hartmann-Shack波前像差仪和空间分辨折射仪，前两者为客观成像技术，特点是精确、客观、重复性好 ［10，11］ ，缺点是瞳孔小时，检查结果准确性降低 ［10］ ;后者为心理物理学方法，检查速度较慢，但结果较准确，且可在调节状态下或屈光间质混浊时测量 ［12］ 。常用的波前像差仪主要有:（1）出射型光学像差仪，其代表为Hartmann-Schack波前像差仪;（2）视网膜像型像差仪，其代表为Tsherning波前像差仪;（3）入射可调式折射仪，其代表为Scheiner-Smirnov像差仪。检查时，根据具体需要可散瞳也可不散瞳。在检查过程中，像差仪自动移动视标位置，要求受检者将可控制的视标和移动的视标相重叠。检查结果经数学软件处理后，构建二维和三维像差图，并计算有关像差的系列参数 ［2］ 。

2.2 对比敏感度检查 对比敏感度检查分客观检查和主观的心理物理学检查两大类。客观检查主要是应用视觉诱发电位，适用于不能进行准确的主观判断的老人、婴幼儿。主观的心理物理学检查是临床上最常用的检查方法，有三种，早期多用Arden光栅图表进行检查，方法简便，适用于普查，但最高只能测定6c/d，欠精确。现普遍用电视/示波器显示正弦条栅，对比度连续可调，空间频率范围广，适于精确地测定全视觉系统对比敏感度 ［13］ 。第三种用氦―氖激光分束产生干涉光和背景光，同时会聚于眼节点面上发散投射到视网膜上形成可变对比度干涉视标，它不受眼屈光状态及屈光间质混浊影响，直接测定视网膜―脑系统的视功能，激光视力和激光对比敏感度 ［14］ 。常用的对比敏感度检查仪有空间对比敏感度仪、眩光测试仪、激光干涉条纹仪等。

3 在白内障研究中的应用

3.1 波前像差仪在白内障研究中的应用

3.1.1 观察早期晶状体混浊的像差变化 晶状体由透明变为混浊时，屈光介质对进入眼内的光线所产生的屈折作用发生改变，从而影响视网膜成像，引起像差的变化。Kuroda T等用Hartmann-Shack像差仪对初期皮质性和核性白内障研究发现，白内障眼总体高阶像差显著高于正常眼，但角膜的高阶像差两者无差别;白内障眼对比敏感度降低不仅由于晶状体吸收光线或光线被散射到周围，而且由于晶状体的光学像差所致 ［15］ 。

3.1.2 观察人工晶状体眼的像差变化 人工晶状体和自然晶状体眼的屈光能力存在差异，像差是考察两者成像质量差异的重要指标。人工晶状体眼像差变化的主要原因为:①人工晶状体的光学特性（折射率、厚度、直径和形态等）不同于自然晶状体;②人工晶状体与角膜的相对位置发生了改变（偏中心和倾斜）;③手术本身对角膜的影响，手术切口引起眼球重塑，可改变眼球原有的生理形态，导致角膜形态改变。Mierdel P等用Tscherning像差仪对白内障人工晶状体眼和视力在1.0以上的正常眼进行比较发现，像差系数K5（代表0°或90°的散光）两组有统计学差异（P<0.05），表明白内障术后在0°或90°的散光高于正常眼 ［16］ 。

3.1.3 改良人工晶状体的设计 不同设计的人工晶状体引起的像差不同，比较它们之间像差的差异，有助于设计产生最小像差的人工晶状体。Werner W等发现非球面比球面人工晶状体产生的球面像差小 ［17］ 。Uchio E等比较不同光学设计的人工晶状体发现，中、低度数的平凸型人工晶状体球面像差最小，高度数的双凸型（前面较凸）人工晶状体球面像差最小，双凸（后面较凸）人工晶状体球面像差最大;且平凸、双凸（前面较凸，前后相同）型人工晶状体术后球面像差与眩光等视功能障碍明显相关 ［18］ 。Holladay JT等植入改良的前表面扁长的人工晶状体能减少角膜的球差，提高视网膜成像质量 ［19］ 。

3.1.4 研究个性化人工晶状体 波前像差有个性化的特点，因此测量波前像差有利于植入人工晶状体的选择与设计 ［18］ 。患者患白内障前测量记录其像差情况，当发生白内 障需进行人工晶状体植入时，根据其术前像差情况，定制与术前屈光状态相适应的个性化人工晶状体，以获得术后最佳的有用视力，提高患者的生存质量。

3.2 对比敏感度在白内障研究中的应用

3.2.1 检查混浊晶状体的对比敏感度，决定手术时机 早期皮质性白内障影响低频对比敏感度，且与视力无关，这就是患者视力正常却自觉视物模糊的原因;早期核性白内障影响高频对比敏感度，且与视力有关 ［20］ 。较成熟白内障影响高、低频对比敏感度;核性白内障及后囊下白内障受眩光影响较大 ［20］ 。Superstein的研究表明，对比敏感度和眩光实验可以为有视功能症状但视力表视力良好的白内障患者提供客观的评估 ［21］ 。从而帮助确定早期白内障患者是否需要手术。

3.2.2 检查白内障患者术前对比敏感度，预测术后视力 用激光干涉条纹仪检查白内障患者术前的对比敏感度，通过对比敏感度函数判断整个视觉系统的功能状态，并可预测术后视力结果 ［5］ 。Adamsons IA的研究表明，对于视力表视力轻度下降却有眩光失能的早期白内障患者，手术可以消除症状，术前对比敏感度检测有助于确定哪些患者术后更有可能出现主观上的视功能改善 ［22］ 。

3.2.3 检查白内障术后的对比敏感度，评价手术效果 Carender通过检查白内障患者术前视力及术后视功能的恢复情况发现，对比敏感度检查比视力检查更敏感。白内障摘除术后的对比敏感度及眩光对比敏感度值都有上升。若植入人工晶状体后效果会更好，甚至与正常老年眼无区别，但还不能完全消除眩光现象 ［23］ 。

3.2.4 研究不同人工晶状体的对比敏感度，完善人工晶状体设计 日本HOYA UVCY型人工晶状体中含有能吸收蓝光的黄色色素和吸收紫外线的物质，减少了视网膜光损害，故它的中、低频空间对比敏感度显著优于普通人工晶状体 ［24］ 。衍射型多焦点人工晶状体通过远、近两个焦点在视网膜上形成两个重叠的像，降低了对比敏感度，在远焦点的对比敏感度值不如单焦点人工晶状体 ［25］ 。

总之，将波前像差仪与对比敏感度结合起来应用于白内障研究，能提供更多有价值的临床信息。波前像差仪是一种新型的测量眼不规则散光的仪器，可观察活体视网膜的视锥细胞，测量中枢神经系统的视功能，矫正不规则散光。对比敏感度是新的视功能的定量检查方法，能灵敏、全面地反映视功能状态，对白内障的手术时机、人工晶状体选择及手术效果评价都有一定价值。两者结合进行人工晶状体不同设计、不同材料和人工晶状体偏心、移位后像差与视功能关系方面的研究，有利于进一步改良人工晶状体设计，完善手术技术，使患者视觉清晰、视物舒适、视物持久，提高患者的生存质量。