球面人工晶体和球面人工晶体在视功能和波前像差方面的比较...

白内障患者植入球面人工晶状体（球面IOL）后，部分患者存在客观视力好，却主诉视物模糊，尤其夜间视力差、眩光、光晕、重影等问题，根据波前像差技术，人们设计出在光学上与人眼自然晶状体更接近的非球面人工晶状体（非球面IOL）,用以提高术后视功能。本文从多个方面总结非球面IOL与球面IOL的区别，以及影响比较结果的因素。

一. 非球面IOL与球面IOL的技术沿革及设计原理比较

1. 近年来，波前像差技术在眼科得到应用，人们认识到波前像差尤其是球差是影响球面IOL眼视功能的主要因素[1,2]。角膜具有正球差，平均球差为+0.27μm[3]，年轻人的晶状体为负球差，与角膜正球差相抵消，从而达到高质量清晰的图像。随着年龄增加，晶状体趋向正球差发展，球面IOL具有正球差，植入IOL后增加了人眼的正球差，影响了患者的视功能[4]。为了减小球差，理想的IOL是非球面的，曲率半径应该随着距中轴线距离的增加而增加,非球面IOL正是基于这一理论而产生的。
2. 非球面IOL与球面IOL设计原理  非球面IOL与球面IOL设计上的差异只是IOL光学部表面形状不同，球面IOL光学部表面为球面设计，非球面IOL光学周边部表面经过改良，延长。从非球面IOL的非球面性设计原理来分类，可以分为：

a. 根据添加的球差数值来分，非球面IOL的设计存在3种设计理念:使全眼的球差无限接近于零,球差无限接近于零时，IOL的调制传递函数（MTF）得到提高，在临床上有导致调节范围变窄的可能,如Tecnis Z9000（球差为-0.27μm）,Acri.smart36A（球差为-0.26μm）;使全眼略保留一点正性球差,理论上既能达到较好的视觉质量又避免了调节范围变窄，如AcrySof IQ (SN60WF)(球差为-0.20μm)， Canon Staar KS?3Ai(球差为- 0.18μm);不增加原有的球差,这种非球面IOL本身为零球差，不弥补角膜正球差，理论上保持了良好的焦深，同时能降低IOL偏位、倾斜带来的风险，如Sofport AO, Akreos AO, ThinOptX Ultrachoice 1.0。

b. 根据光学部表面非球面设计来分:前表面采用非球面设计，即由中心向周边逐渐变得平坦,如Tecnis Z系列IOL和Tcnis ZM 900衍射型多焦点IOL；后表面非球面设计，IOL后表面中央变薄，并减少其周边陡峭度，从而矫正球差，如AcrySof IQ (SN60WF);前后表面非球面设计,采用了双凸非球面设计，整个IOL周边和中心的屈光度是一致的，本身无球差，如Sofport AO和Akreos AO。

c. 根据角膜Q值调整的非球面IOL:Q值描述的是角膜沿子午线截面的非球面性及形态如何，是角膜前表面的形态参数。国外正常人群的平均Q值为? 0.26～ ? 0.27。Acri.Smart36A IOL就是根据角膜平均Q值? 0.26设计的双曲面非球面IOL，其本身为负球差，当瞳孔直径6mm时附加了? 0.26μm的球差。

二. 国内外学者对非球面IOL及球面IOL的比较研究

1. AcrySof IQ (SN60WF)对比AcrySof Natural(SN60AT)两种晶状体在材质上*一样，仅光学部表面设计不同。Mester等[5]选择70眼植入AcrySof IQ非球面IOL，36眼植入AcrySof Natural球面IOL，术后6wk时测量各项指标，发现两组无屈光不正眼无视力差异。瞳孔直径4，5mm时，AcrySof IQ组球差明显小于AcrySof Natural组。28眼植入非常高或非常低度数的AcrySof IQ晶状体后，拥有相似的球差。研究者发现即使是在小瞳孔条件下，非球面IOL也能降低球差且与IOL的度数无相关性。角膜前表面的非球面性（Q值）与术后眼球差有明显相关性。Awwad等[6]选择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时总高阶像差及球差AcrySof IQ组小于AcrySof Natural组；彗差，三叶草差，五阶像差两组间无明显差别。在中间视觉条件下12,18cpd频段不伴眩光以及在18cpd频段伴眩光时，AcrySof IQ组对比敏感度好于AcrySof Natural组，明视力条件下两组对比敏感度相似。Rocha等[7]选择40眼植入AcrySof IQ非球面IOL,40眼植入AcrySof Natural球面IOL,术后90d检测，发现AcrySof Natural组比AcrySof IQ组有更大的球差。但是以6m作为远距离，1m作为中间距离，0.33m作为近距离时， AcrySof Natural组有更好的远视力矫正后近视力及远视力矫正后中间距离视力，提示球面IOL眼比非球面IOL眼有更大焦深和更好的对离焦的耐受性。毕宏生等[8]选择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，发现AcrySof IQ组球差小于AcrySof Natural组，差异有统计学意义，但裸眼视力、*矫正视力无统计学差异，低、中、高各频段对比敏感度和眩光敏感度AcrySof IQ组好于AcrySof Natural组，差异有统计学意义。问卷结果显示AcrySof IQ组较AcrySof Natural组术后眩光、光晕的发生率低，患者满意度较高。
2. Tecnis Z9000对比Cee?on Edge,AcrySof IQ(SN60WF) 对比 AcrySof Natural(SN60AT)，Akreos AO对比Akreos Adapt  Cuthbertson等[9]选择30例患者30眼，患者随意植入以上6种IOL中的一种，每种IOL有5例患者，共分71个对照组，分别是Tecnis Z9000非球面IOL与Cee?on Edge球面IOL对照组， AcrySof IQ非球面IOL与AcrySof Natural球面IOL对照组， Akreos AO非球面IOL与Akreos Adapt球面IOL对照组。每个对照组的两种IOL材料和设计相同，*的不同是光学部表面设计。术后2wk;3mo时检测各项指标。根据角膜地形图，各对照组间角膜平均K值没有明显差异。在标准光照条件下，所有对照组间*矫正视力无明显差异。Tecnis Z9000组与Cee?on Edge组相比，在4种光照条件（中间视觉伴或不伴眩光，亮光伴或不伴眩光）下，Tecnis Z9000组对比敏感度均好于Cee?on Edge组，尤其在中间视觉伴眩光条件下6cpd频段，以及亮光伴或不伴眩光条件下3,6cpd频段有统计学差异。AcrySof IQ组与AcrySof Natural组相比，在任何光照条件下，两组对比敏感度无统计学差异。值得注意的是，Akreos AO组与Akreos Adapt组相比，在中间视觉伴眩光条件下12cpd频段Akreos Adapt组对比敏感度明显好于Akreos AO组。所有IOL眼散瞳后在zui大瞳孔直径下，测量球差，所有非球面IOL组球差比其相对应的球面IOL组有所减小，其中Tecnis Z9000与Cee?on Edge对照组以及AcrySof IQ与 AcrySof Natural对照组有统计学差异，Akreos AO与Akreos Adapt对照组无统计学差异。在不同瞳孔直径下，非球面IOL比球面IOL有更稳定的屈光度，平均屈光度球镜当量（SE）无差异。视功能调查问卷显示，除了Akreos Adapt组对问卷中两个问题的满意度高于Akreos AO组，其余问题的回答在各对比组均没有差异。
3. Tecnis Z9001对比ClariFlex  Patrick等[10]选择25例双眼白内障患者，每例患者1眼植入Tecnis Z9001非球面IOL,对侧眼植入ClariFlex球面IOL。两种IOL为同一公司生产的同一种材料的晶状体。术后1d;1,3mo时分别测量各项指标，两组裸眼视力、*矫正视力、平均屈光度球镜当量（SE）无统计学差异。在明视力条件下12,18cpd频段伴眩光，18cpd频段不伴眩光时以及在中间视觉条件下3,6cpd频段伴眩光，3,6,12,18cpd频段不伴眩光时，Tecnis Z9001组对比敏感度明显好于ClariFlex组，差异有统计学意义。术后1,3mo时，在瞳孔直径6mm状态下，Tecnis Z9001组总体像差低于ClariFlex组，在瞳孔直径5,6mm时，Tecnis Z9001组高阶像差及球差低于ClariFlex组，差异均有统计学意义。在主观视力方面，52%的患者认为两眼视力没有差异，48%的患者认为Tecnis Z9001 IOL眼视力好于ClariFlex眼。
4. Tecnis Z9000对比Sensar AR40e, Stabibag  Mu?oz等[11]选择30例双眼白内障患者随机的1眼植人Tecnis Z9000非球面IOL，而对侧眼植入Sensar AR40e球面IOL或者Stabibag球面IOL，术后1d;1,6mo时测量4mm和6mm瞳孔直径下的眼波前像差、视力、明视力及中间视觉条件下的对比敏感度。结果显示:各组角膜球差无差异，Tecnis Z9000组比对照组拥有更小的眼球差、总像差和更高的Strehl比率，且差异有统计学意义；在瞳孔直径4,6mm时Tecnis Z9000组比Stabibag组获得更小的彗差，瞳孔直径4mm时Tecnis Z9000组比Sensar AR40e组获得更小的彗差。术后屈光度，视力，对比敏感度在3组中没有明显差异。
5. AcrySof IQ (SN60WF)对比Sensar AR40e  陈敏等[12]选择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。两组IOL材料及光学面直径均相同。术后3mo检查患者在3种瞳孔直径（2～2.5,4～5,8mm）低、中、高频段时的对比敏感度和眩光对比敏感度。发现球面IOL组:在瞳孔2～2.5mm时，各个空间频率的对比敏感度与眩光对比敏感度之间的差异均无统计学意义；直径4～5mm时，在中、高频段的对比敏感度与眩光对比敏感度之间的差异有统计学意义；瞳孔直径8mm时，全部频段的对比敏感度与眩光对比敏感度之间的差异均具有统计学意义。非球面IOL组：71个瞳孔直径下各个空间频率的对比敏感度与眩光对比敏感度之间的差异均不具有显著性意义。瞳孔直径2～2.5mm及4～5mm时，在高频段球面组与非球面IOL组的对比敏感度之间的差异有统计学意义；瞳孔直径8mm时，在低频段两组之间的眩光对比敏感度的差异有统计学意义,在中频段两组的对比敏感度及眩光对比敏感度之间的差异均具有统计学意义。研究者认为在球面IOL组，随着瞳孔直径的增大，对比敏感度及眩光对比敏感度均在下降，且瞳孔越大，附加眩光时引起对比敏感度的下降效应越明显。在非球面IOL组，在各个瞳孔直径时附加眩光均不引起对比敏感度的明显下降。瞳孔直径越大，非球面IOL补偿正性球差、减少球差的作用越明显。
6. Tecnis Z9001,AcrySof Natural （SN60AT),Array SA40N三者对比  曾明兵等[13]选择124例患者进行随机分组，其中一组患者植入Tecnis Z9001非球面IOL,一组植入AcrySof Natural单焦球面IOL,一组植入Array SA40N多焦球面IOL。术后的*矫正视力,瞳孔直径,撕囊口直径的大小及角膜高阶像差无统计学差异；术后球差及总体像差，Array SA40N组大于AcrySof Natural组,AcrySof Natural组大于Tecnis Z9001组；对比敏感度比较,在所有的空间频率段,Tecnis Z9001组好于AcrySof Natural组, AcrySof Natural组好于Array SA40N组。研究者认为多焦点IOL与单焦点IOL相比,多焦点IOL可以引起眼的高阶像差增加,对比敏感度降低，非球面IOL可以减少球差、增加对比敏感度。
7. 多种球面、非球面IOL和衍射、折射多焦IOL对比  Terwee等[14]通过模型眼将各种IOL的视网膜图像及投射光传导通路可视化，该模型眼的角膜具有人眼平均角膜球差，IOL置于角膜后，将单色绿色光投射入模型眼，使透过IOL的汇聚光束可见。此外将一个美国*视标投射通过该模型，捕捉视网膜图像。实验的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有阶梯渐进衍射型AcrySof ReSTOR (SA60D3) IOL和衍射型CeeON 811E IOL。单焦IOL有球面Cee?on Edge 911A IOL和非球面Sofport LI61AO,AcrySof IQ (SN60WF),Tecnis ZA9003 IOL。通过测量各个IOL在模型眼瞳孔直径3,5mm时（中间视觉）MTF值，比较各个IOL在两个瞳孔直径时MTF差值，以及视网膜成像的敏锐度差异。发现不论是单焦非球面IOL还是多焦非球面IOL，将眼球差矫正越趋向于零，瞳孔直径在3,5mm时的MTF差值越小，对应的5mm瞳孔直径视网膜成像敏锐度越高。本研究中，非球面多焦IOL有两个清晰的焦点，而球面单焦IOL焦点较模糊，视网膜成像敏锐度也显示这种效应，在瞳孔直径5mm时尤为明显，这说明在中间视觉条件下非球面多焦IOL的成像质量，甚至比传统的球面单焦IOL好。

三. 非球面IOL眼和球面IOL眼各项观测指标的比较

我们总结上述对比研究及其他研究，从视力、对比敏感度及波前像差等观测指标的角度来总结非球面IOL眼与球面IOL眼两者的差异。

1. 瞳孔直径、撕囊口直径、角膜K值  研究显示非球面IOL眼和球面IOL眼相比，在瞳孔直径，撕囊口直径大小方面无差异，角膜K值无差异[9]。
2. 视力  研究[8,10]显示非球面IOL眼与球面IOL眼相比，裸眼视力、*矫正视力无统计学差异。
3. 对比敏感度  多数研究[8,10,12]显示在不同光照条件下，全部频段或部分频段，尤其是在中、高频段，非球面IOL眼的对比敏感度或眩光对比敏感度好于球面IOL眼。但有少数研究显示非球面IOL眼对比敏感度并未优于球面IOL眼，比如Mu?oz等[11]对比了Tecnis Z9000非球面IOL及Sensar AR40e球面IOL,Stabibag球面IOL，发现Tecnis Z9000 IOL眼未能提高对比敏感度，研究者认为结果可能与3种因素有关:(1)采用的研究方法不够敏感，不能体现对比敏感度的差异;(2)材料的影响，此研究中非球面IOL为硅胶材料，球面IOL为丙烯酸酯材料,材料的差异可能弥补了IOL设计上的差异;(3)光学质量的提高可能并不一定带来视觉质量的提高。Cuthbertson等[9]比较6种IOL时，发现Akreos AO非球面IOL眼与Akreos Adapt球面IOL眼相比，在中间视觉伴眩光条件下，12cpd时球面Adapt组对比敏感度反而好于非球面AO组，研究者对3种球面IOL（AcrySof Natural,Akreos Adapt,Cee?on Edge 911A）导致的眼正性球差进行比较时发现， Akreos Adapt导致的正性眼球差zui小，这可能是导致Akreos AO眼相比于Akreos Adapt眼球差没有统计学差异的原因，因为对比敏感度与球差有关系，球面IOL本身球差的差异可能影响球面IOL与非球面IOL的对比敏感度的比较结果。
4. 波前像差  绝大多数研究显示，非球面IOL确实减少了眼球差[5,7]、高阶像差[6]及总像差[10,11]，尤其是在大瞳孔条件下差异更明显。彗差、三叶草差、五阶像差在非球面IOL眼和球面IOL眼之间无明显差别[6],亦有研究[11]发现非球面IOL相比于球面IOL来说，在降低球差的同时伴随彗差的降低。角膜的球差及高阶像差无差异[12,13]。
5. 主观视觉感受  对比非球面IOL眼和球面IOL眼，患者能否主观感觉到视觉质量有所不同，目前尚不明确。部分研究显示，非球面IOL患者没有比球面IOL患者更好的主观视觉感受。例如，Franchini等[15]比较了Tecnis Z9000非球面IOL及Sensar AR40e球面IOL，发现两组患者对光晕、眩光的主观感受没有差异。也有研究[8,10]显示非球面IOL患者眩光、光晕的发生率低，患者满意度较高。少见的是球面IOL组患者的主观满意度高于非球面IOL组，例如Cuthbertson等[9]发现患者在完成视功能调查表时，球面Akreos Adapt组对问卷中两个问题的满意度高于非球面Akreos AO组,研究者认为可能的解释是保留zui适的正性球差比保留一部分正性球差更有益，且可能与小样本研究有关。
6. 焦深  研究[7]显示非球面IOL眼在眼球差降低的同时，焦深降低，对离焦的耐受性降低。
7. 屈光度  有研究[9]显示不同瞳孔直径下，非球面IOL眼比球面IOL眼有更稳定的屈光度，研究者认为在昏暗光线下，对于一些患者近视度数增加的问题，非球面IOL可能有所帮助。也有研究[11]显示两者屈光度没有差异。平均屈光度球镜当量（SE）没有差异[9,10]。
8. 夜间驾驶能力  在一项临床可控性、多中心的夜间模拟驾驶的研究中，研究者采用Tecnis Z9001与AcrySof Natural (SA60AT)进行实验，结果发现Tecnis Z9001 IOL可以提供额外0.5s反应时间，相当于在89kph的速度下，辨认距离提高了14m。这些发现说明，矫正球差可显著改善驾驶员识别目标的能力和在低能见度条件下操作的能力[16]。
9. 模型眼可视成像质量对比  运用模型眼[14]，发现在大瞳孔直径时，相比于球面IOL眼，非球面IOL眼MTF值较大，且随着瞳孔直径变化MTF值变化较小，直视下，多焦非球面IOL的两个焦点比球面单焦IOL焦点更清晰，非球面IOL比球面IOL的视网膜图像有更高的敏锐度。

四. 非球面IOL与球面IOL相比其*性

从非球面IOL光学特性来看,非球面IOL对视功能的影响主要体现在对视觉成像质量的变化上，所以目前多从成像质量的角度来评价非球面IOL与球面IOL的差异，高阶像差的总和被认为与视觉质量有关，其中球差是影响IOL眼视觉质量的zui重要的高阶像差[17]，此外视力、对比敏感度也是主要的视觉成像质量的观察指标。大多数研究显示非球面IOL眼与球面IOL眼相比，非球面IOL眼高阶像差尤其是球差降低，更接近于年轻人的自然晶状体眼。此外非球面IOL眼对比敏感度好于球面IOL眼,尤其是在大瞳孔、高空间频率和眩光状态下差异更明显[12]，从而改善夜间眩光状态下视力。说明非球面IOL确实能在一定程度上改善视功能。

五. 影响非球面IOL*性表现的因素

影响非球面IOL的*性，及影响非球面IOL与球面IOL比较结果的因素有

(1) IOL的形状的影响:IOL的形状是影响球差的重要的因素[18]， Uchio等[19]研究了4种不同形状IOL，即平凸形、双凸形（前面较凸）、双凸形（前后相同）、双凸形（后面较凸），发现平凸形IOL组球差zui小(较小或较大度数除外),双凸形（前面较凸）IOL组在高度数中表现为较小的眩光和球差，双凸形（前后相同）IOL组界于两者之间，双凸形（后面较凸）型IOL组在任何屈光情况下均表现为zui小的眩光。

(2) IOL材料的影响:Vilarrodona等[20]发现丙烯酸酯IOL所导致的IOL眼像差的升高较聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)IOL和硅凝胶IOL更明显。Tognetto等[21]发现丙烯酸酯IOL比硅凝胶IOL有更好的MTF。

(3) IOL调位孔、边缘及襻的影响:直径为6mm的IOL调位孔和边缘在瞳孔区外露的机会较7mm直径IOL的多，调位孔和边缘外露可引起单眼复视、眩光等，在暗光下尤为明显。IOL襻的设计对IOL眼的像差也有明显影响[22]。

(4) IOL居中性、倾斜度的影响:Holladay等[23]认为非球面IOL若偏中心0.5mm，倾斜7°以上，其本身具有的优势将消失。此外瞳孔中心、角膜中心、视轴中心并不在同一轴线上，在白内障手术中，IOL的居中通常以瞳孔中心为基础，瞳孔中心平均离开视轴0.37mm，即使IOL放置在瞳孔的中心，也位于囊袋内，但是它并不一定位于视轴的中心，有可能对波前像差有所影响。

(5)瞳孔直径的影响:由于非球面IOL只是光学部的周边非球面化,所以对于一些瞳孔较小的老龄患者，则不能体现非球面IOL与球面IOL的成像差异。

(6)黄斑、视网膜功能的影响:视功能不仅受到屈光系统的影响，还受眼底视网膜及黄斑功能的影响，年龄等因素导致的视网膜神经节细胞功能的衰退，使一部分高龄患者对于球差的变化不敏感。

(7)眼*球差的值尚未有定论:Levy等[24]研究了35例超视力眼发现平均眼球差为+0.1μm，推测保留+0.1μm球差对于视觉质量是有利的，但是没有从逻辑角度论证球差是导致超视力的原因。Beiko等[25]选择一组角膜球差为+0.37μm的患者，植入球差为?0.27μm的Tecnis IQ IOL，以将术后眼球差达到+0.1μm，发现这组患者的对比敏感度在明视力及中间视觉条件下均好于没有进行患者选择的一组。但是Terwee等[14]通过模型眼发现非球面IOL将眼球差矫正越趋向于零，视网膜成像质量越好。另外Douglas等[26]通过研究发现，人眼*矫正球差在个体之间差异很大，认为人眼*矫正球差不仅与角膜球差有关，还与角膜高阶像差有关。此外降低球差可导致焦深的减小，对离焦耐受性降低[7]。

(8)球差与色差、其他像差的平衡问题:非球面IOL较球面IOL能够减少球差，不能矫正色差等其他像差，而目前大多研究是针对单色差进行波前像差的分析，忽略了色差对视觉质量的影响。McLellan等[27]发现一定量的正球差的存在能够弥补色差和高阶单色像差的副作用，减小球差可能会导致其它像差（如彗差）的增加。怎样才能使球差和色差、其他像差达到平衡是有待于进一步研究的问题。

(9)目前研究方法的不足:虽然非球面IOL眼术后的高阶像差低于球面IOL,但其视力和对比敏感度的结果并不*与之相对应[11]，目前人们对各阶像差与视功能之间的关系认识还不够深入,像差测量的稳定性还不够，不同测量仪之间的系统误差较大。临床对于视觉质量的客观评价方法尚不够完善[28]。此外还需考虑IOL的屈光指数及厚度、角膜内皮情况、屈光介质透明度、后囊膜是否混浊、白内障手术切口等因素，这些因素可能对像差有所影响。术后随访时间及样本数量对临床研究结果可能有影响。相比于非球面IOL，部分患者更适宜植入球面IOL，比如有远视屈光手术史导致角膜球差减小的患者，对于囊袋不完整、悬韧带松弛或者有囊袋收缩情况，也不适宜植入非球面IOL。

六. 非球面IOL的展望

　　非球面IOL为我们带来了提高视觉质量的希望，了波前像差理论引导的新一代IOL的潮流。正如Mester等[5]研究发现，角膜的非球面性（Q值）与术后眼球差有明显相关性，以及Douglas等[26]发现角膜高阶像差与术后眼球差有相关性。如果我们能够结合患者角膜Q值及角膜高阶像差，并研究出人眼zui适全眼球差的值，且市场上有多种具有不同球差值的非球面IOL可供选择的的话，我们将能够结合患者对视觉质量的特殊要求，选择具有适合球差的非球面IOL[29]，使术后眼球差达到预设值,患者获得更好的视觉质量，届时将使非球面IOL植入术达到个性化、个体化，真正体现非球面IOL的*性。