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      實測與理論瞳孔直徑下全角膜總高階像差的差異性研究*

      2020-11-21 03:27:30趙麗君黃渝侃程勝男李玉芷
      關(guān)鍵詞:瞳孔高階差值

      趙麗君, 黃渝侃, 程勝男, 陳 華, 高 慧, 李玉芷

      華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬協(xié)和醫(yī)院眼科,武漢 430022

      人眼是一個精密且復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng),像差是影響人視網(wǎng)膜成像質(zhì)量的主要因素之一[1]。像差相關(guān)技術(shù)廣泛應(yīng)用于眼科角膜屈光手術(shù)及屈光性白內(nèi)障手術(shù)等領(lǐng)域[2-4],近年隨著多種新型老視矯正人工晶狀體的應(yīng)用,患者在解決白內(nèi)障術(shù)后全程視力方面具有更多選擇[5]。在多焦點(diǎn)人工晶狀體適應(yīng)證的選擇中,一般認(rèn)為角膜中央直徑4.0 mm區(qū)域總高階像差<0.3 μm的患者可植入多焦點(diǎn)人工晶狀體(multifocal intraocular lens,MIOL),超出此范圍的謹(jǐn)慎植入,>0.5 μm不建議植入[6]。

      目前有很多儀器可用于測量角膜總高階像差,臨床常用的如i-Trace波前像差儀(美國Tracey公司),光程差分析儀(OPD Scan,日本Nidek公司),三維眼前節(jié)分析儀(Pentacam,德國OCULUS公司)等,均常規(guī)默認(rèn)中央4.0 mm瞳孔直徑下角膜總高階像差為輸出值[7]。瞳孔直徑是影響角膜總高階像差的重要因素[8],由于個體差異,不同患者實際瞳孔直徑并非均為4.0mm,而實際瞳孔直徑下的角膜總高階像差值是否與基于4.0 mm瞳孔直徑下機(jī)測輸出值存在差異,目前尚未見報道?;谶@一分析,本研究對實測和4.0 mm瞳孔直徑下的全角膜總高階像差差異進(jìn)行了觀察比較。

      1 資料與方法

      1.1 研究對象

      采用回顧性研究,連續(xù)隨機(jī)選取2019年3月31日至2019年5月31日于華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬協(xié)和醫(yī)院眼科就診的受試者100例,共200只眼,按照年齡劃分為6組:A組,20~歲年齡段,共17例34眼;B組,30~歲年齡段,共30例60眼;C組,40~歲年齡段,共13例26眼;D組,50~歲年齡段,共14例28眼;E組,60~歲年齡段,共14例28眼;F組,70~歲年齡段,共12例24眼。其中A、B組被視為青年人群,C、D組被視為中年人群,E、F組被視為老年人群。該研究遵循“赫爾辛基宣言”,并獲得華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)倫理委員會批準(zhǔn)。入選標(biāo)準(zhǔn)為:①年齡20~80周歲;②Sirius機(jī)測Kappa角<0.5 mm;③近2周未佩戴軟性角膜接觸鏡,2月未佩戴硬性角膜接觸鏡。排除標(biāo)準(zhǔn)為:①離焦≥±3.00 D,散光≥±1.50 D;②疑似圓錐角膜、圓錐角膜及其他角膜病變;③存在干眼、翼狀胬肉、嚴(yán)重角膜血管翳等眼表病變;④既往眼部手術(shù)史及眼部外傷史。

      1.2 檢測方法

      所有受試者用同一臺Sirius眼前節(jié)分析儀(Corneal Topographer,CSO,意大利)進(jìn)行三維角膜地形圖檢測,由同一位經(jīng)驗豐富的技師操作。囑患者坐于設(shè)備前,注視前方,睜大雙眼,充分暴露角膜,瞬目睜眼后,待屏幕上下測量線均變?yōu)榫G色,按下拍攝鍵。再囑患者睜大雙眼,充分暴露瞳孔,拍攝擬明環(huán)境下的瞳孔大小(0.4 xl),收集數(shù)據(jù)。選取采集質(zhì)量覆蓋率>90%,可信度=100%的角膜地形圖,記錄不同瞳孔直徑(2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0、5.5、6.0、6.5、7.0 mm)下的全角膜總高階像差。

      使用MATLAB軟件(R2017a,MathsWorks,美國)通過2.0~7.0 mm瞳孔直徑下全角膜高階像差結(jié)果作出擬合曲線,并計算出患者在明環(huán)境下實際瞳孔直徑的總高階像差值(以下簡稱“實測高階像差”);以4.0 mm瞳孔直徑下角膜總高階像差值作為理論值(以下簡稱“理論高階像差”);根據(jù)四舍五入原則,選取最接近實測瞳孔大小的上述機(jī)測瞳孔直徑下角膜總高階像差值,作為近似像差值(以下簡稱“近似高階像差”)。對以上結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計分析。

      1.3 統(tǒng)計學(xué)方法

      2 結(jié)果

      2.1 瞳孔與年齡的關(guān)系

      明視環(huán)境下,瞳孔直徑隨年齡增長逐漸減小,二者呈強(qiáng)負(fù)相關(guān)(r=-0.5866,P<0.01)。青年、中年及老年人群的瞳孔直徑均存在統(tǒng)計學(xué)差異(均P<0.05)(圖1)。

      2.2 角膜總高階像差與年齡的相關(guān)性分析

      實測高階像差隨年齡的變化與近似高階像差趨勢相同,均隨著年齡的增長而減小,兩者呈負(fù)相關(guān)(r=-0.1912,P=0.002;r=-0.1669;P=0.002);理論高階像差隨年齡的變化趨勢與前兩者相反,隨年齡增長而增長,呈正相關(guān)(r=0.2876,P<0.01)。見圖2。

      2.3 不同人群在理論與實測高階像差上的差異

      青年人群與中、老年人群在實測高階像差與近似高階像差上的差異均具有統(tǒng)計學(xué)意義(均P<0.05),而中、老年人群之間差異無統(tǒng)計學(xué)意義(均P>0.05)(圖3A、3B)。在理論高階像差,老年人群與青、中年人群間的差異均具有統(tǒng)計學(xué)意義(均P<0.01),而青、中年人群間差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)(圖3C)。

      A:年齡與瞳孔直徑的趨勢分析;B:年齡與瞳孔直徑的相關(guān)性分析;C:年齡與瞳孔直徑的差異性分析;*P<0.05,**P<0.01圖1 瞳孔直徑與年齡的關(guān)系Fig.1 The relationship between the photopic pupil diameter and age

      A:高階像差隨年齡變化趨勢圖;B:理論高階像差與年齡的相關(guān)性分析;C:實測高階像差與年齡的相關(guān)性分析;D:近似高階像差與年齡的相關(guān)性分析圖2 高階像差與年齡的相關(guān)性分析Fig.2 The correlation between HOAs and age

      A:不同人群間實測高階像差的組間差異;B:不同人群間近似高階像差的組間差異;C:不同人群間理論高階像差的組間差異;*P<0.05,**P<0.01圖3 不同人群間角膜總高階像差比較Fig.3 Comparison of corneal HOAs in different populations

      2.4 理論與實測高階像差差值和4.0 mm與實測瞳孔直徑差值的相關(guān)性分析

      在各年齡段人群中,理論與實測高階像差差值與瞳孔直徑差值均存在正性線性回歸關(guān)系(P<0.05),角膜總高階像差值隨著瞳孔的增大而增大,除70~年齡段呈中等相關(guān),其余各年齡段均呈強(qiáng)相關(guān)性。在20~、30~、40~、50~歲年齡段中均存在數(shù)量不等的瞳孔直徑大于4.0 mm,而60~、70~歲年齡段所有眼瞳孔直徑均小于4.0 mm(圖4)。

      2.5 實測高階像差與理論高階像差的比較

      在40~、60~、70~歲年齡段中,理論高階像差顯著高于實測高階像差(均P<0.01),在20~、30~、50~歲年齡段組,兩者間差異無統(tǒng)計學(xué)意義(均P>0.05)(表1)。

      2.6 實測高階像差與近似高階像差的比較

      各年齡段實測高階像差與近似高階像差間的差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(均P>0.05)(表2)。

      各圖縱坐標(biāo)標(biāo)目:理論高階像差-實測高階像差(μm);各圖橫坐標(biāo)標(biāo)目:4.0 mm-實測瞳孔直徑(mm);A:20~歲年齡段;B:30~歲年齡段;C:40~歲年齡段;D:50~歲年齡段;E:60~歲年齡段;F:70~歲年齡段圖4 各年齡段理論高階像差與實測高階像差差值和4.0 mm與實測瞳孔直徑間差值的相關(guān)性分析Fig.4 The difference between“theoretical HOAs minus actual HOAs” and “4.0 mm minus actual photopic pupil diameter”in each age group

      表1 各年齡段實測高階像差與理論高階像差比較Table 1 Comparison between actual HOAs and theoretical HOAs in different age groups

      表2 各年齡段實測高階像差與近似高階像差比較Table 2 Comparison between actual HOAs and approximate HOAs in different age

      2.7 不同人群實測與理論高階像差≥0.3 μm占比比較

      青年人群中,理論和實測高階像差≥0.3 μm分別占9.57%和15.96%,二者差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.190);中年人群中,理論和實測高階像差≥0.3 μm分別占9.26%和11.11%,差異也無統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.750);老年人群中,理論高階像差≥0.3 μm占比顯著高于實測高階像差≥0.3 μm占比(25.00%vs.9.62%,P=0.038)(圖5)。

      A:青年人群;B:中年人群;C:老年人群圖5 不同人群實測與理論高階像差值≥0.3 μm占比分析Fig.5 The analysis of proportion of actual HOAs and theoretical HOAs greater than or equal to 0.3 m in different populations

      3 討論

      像差是指實際光學(xué)系統(tǒng)中,由非近軸光線追跡所得的結(jié)果和近軸光線追跡所得的結(jié)果不一致,與高斯光學(xué)的理想狀況的偏差。人眼并非理想的光學(xué)系統(tǒng),角膜和晶狀體均存在像差,影響視覺質(zhì)量[9-11]。白內(nèi)障術(shù)后眼球總像差主要受角膜光學(xué)特性、人工晶狀體光學(xué)特性及人工晶狀體位置影響。像差可以用澤尼克多項式分解表達(dá),其中0~2階屬于低階像差,3階及以上為高階像差[12]。在像差系統(tǒng)中,不規(guī)則散光與高階像差對應(yīng),可以通過計算總高階像差的均方根(root mean square,RMS)值評估其程度[13]。不規(guī)則散光不能被鏡片完全矯正,并且可以對植入MIOL造成光學(xué)干擾,故在植入此類晶體時需要考慮角膜總高階像差的影響。目前一般認(rèn)為角膜中央直徑4.0 mm區(qū)域總高階像差(total HOA)<0.3 μm的患者可推薦植入MIOL,超出此范圍的患者謹(jǐn)慎植入[6]。

      目前有很多設(shè)備可檢測角膜高階像差值,臨床常用的如基于Placido環(huán)原理的i-Trace波前像差儀和光程差分析儀(OPD scan),基于Scheimpflug立體斷層掃描技術(shù)的Pentacam三維眼前節(jié)分析儀等,前兩者只能測量角膜前表面高階像差,后者可以測量全角膜高階像差,它們均將中央4.0 mm角膜總高階像差設(shè)定為默認(rèn)輸出值[7]。Sirius眼前節(jié)分析系統(tǒng)(意大利CSO公司)同時應(yīng)用Placido環(huán)和Scheimpflug照相技術(shù),可以提供2~8 mm且以0.5 mm為步階的直徑范圍供選擇,可以測量上述直徑范圍內(nèi)的全角膜和角膜前表面的總高階像差。一般認(rèn)為全角膜數(shù)據(jù)更能反映眼部真實光學(xué)特性,前表面通常能代表全角膜,本研究選擇全角膜數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。除此之外,Sirius可以模擬并測量3種不同照明環(huán)境下(白天、黃昏和晚上)的瞳孔大小,接近患者真實瞳孔狀態(tài)[14]。

      瞳孔是影響高階像差的重要因素之一,瞳孔直徑越大,進(jìn)入眼內(nèi)光線越多,高階像差值也會越大[15]。本研究發(fā)現(xiàn)瞳孔直徑與年齡存在強(qiáng)負(fù)相關(guān),且所有老年受試者明視環(huán)境下瞳孔直徑均小于4.0 mm,故固定以4.0 mm作為影響范圍與實際情況并不相符。我們同時通過相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn),瞳孔直徑越偏離4.0 mm,則根據(jù)實際瞳孔直徑所得的實測高階像差越偏離根據(jù)4.0 mm中央角膜區(qū)域所得的理論高階像差值,進(jìn)一步證實瞳孔差異是造成像差結(jié)果差異的關(guān)鍵性因素,這種趨勢在各個年齡組中均有類似表現(xiàn)。在瞳孔直徑為固定值的理論高階像差分析中,隨著年齡增長,角膜總高階像差呈升高趨勢,且老年人群和中、青年人群間存在明顯差異,而在瞳孔值為變量的實測高階像差分析中,則表現(xiàn)為相反的趨勢,說明對所有患者均使用4.0 mm瞳孔直徑固定值來評估高階像差存在誤差,進(jìn)而會影響到人工晶狀體選擇方案的制訂。從不同年齡段分組分析中,中、老年群體的實測高階像差與青年人群差異顯著,青、中年群體的理論高階像差與老年人群同樣存在差異,再次證實不同年齡人群瞳孔直徑差異明顯,40歲以下青年群體平均瞳孔直徑大于4.0 mm,實測高階像差均值大于理論高階像差均值,但差異沒有統(tǒng)計學(xué)意義,而60歲以上老年人群平均瞳孔直徑小于3.0 mm,且實測高階像差均值顯著小于理論高階像差均值,故對于白內(nèi)障高發(fā)的老年人群而言,選擇4.0 mm區(qū)域數(shù)據(jù)評估老年人群的實際高階像差情況可能會造成偏差。在青年和中年人群中,實測高階像差≥0.3 μm的占比均略高于基于理論高階像差值的占比,但兩者無統(tǒng)計學(xué)差異,這部分患者需要謹(jǐn)慎選擇多焦點(diǎn)人工晶狀體。在老年人群中,實測高階像差≥0.3 μm的占比顯著小于基于理論高階像差值的占比,故提示有部分原本被認(rèn)為不適合植入多焦點(diǎn)人工晶狀體的老年白內(nèi)障患者是可以符合選擇條件的,他們將在規(guī)劃術(shù)后用眼習(xí)慣中有更多選擇。

      由于Sirius只提供以0.5 mm為步階的像差數(shù)據(jù),而實測瞳孔直徑則大多無法完全匹配以上數(shù)值,不方便臨床使用,故本研究選擇將實測瞳孔直徑下的高階像差結(jié)果和應(yīng)用四舍五入法則最接近實測瞳孔直徑的設(shè)備所提供的瞳孔直徑下的高階像差值進(jìn)行比較,發(fā)現(xiàn)各年齡段實測高階像差值與近似高階像差值均無統(tǒng)計學(xué)差異(均P>0.05),且兩者隨年齡變化趨勢也一致,提示可以使用近似高階像差代替實測高階像差值以方便臨床應(yīng)用。

      綜上所述,因?qū)嶋H與理論瞳孔直徑差異造成的角膜總高階像差差異主要存在于60歲以上年齡段,其正是白內(nèi)障高發(fā)的老年人群。此年齡段樣本人群實際瞳孔直徑均小于4.0 mm,且瞳孔差異會造成部分原本可以選擇MIOL的患者被排除出適應(yīng)范圍,故不建議將4.0 mm瞳孔直徑下角膜總高階像差作為選擇MIOL適應(yīng)證的依據(jù)。當(dāng)然,實測高階像差中可能還存在瞳孔規(guī)則性、Kappa角、瞳孔中心位移等因素影響其結(jié)果,而這些問題也同樣存在于理論高階像差測定中,其對個體化像差的影響尚需通過進(jìn)一步研究來明晰。

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