离焦曲线的原理和应用

我们非常荣幸地邀请来自浙江大学医学院附属邵逸夫医院,毕业于美国新英格兰视光学院,对视光学的理论和实践非常有造诣的谢文加博士做题为《离焦曲线的原理和应用》的讲课 。

离焦曲线的原理和应用

谢文加

美国新英格兰视光学院视光学博士

浙江大学医学院附属邵逸夫医院

《离焦曲线的原理和应用》

大家好,我是浙江大学医学院附属邵逸夫医院的谢文加医师,今天和大家探讨的是离焦曲线检查的原理和应用。

离焦曲线的原理和应用

离焦曲线的原理和应用

我们知道对于三焦点人工晶体而言,在远中近三个特定距离进行视力检查是评价手术效果最为直接的方法。然而临床上视力检查的结果,并不一定等同于患者生活中真正的视力表现。首先,每个人都有自己的习惯阅读距离,这和个人的身高、臂长和屈光状态有关;对于高度近视的患者来说,他们早已习惯了在非常近的距离阅读,因此我们在临床上经常会遇到高度近视患者在术后抱怨看近效果不好,很可能就是没有适应 40cm 的近焦点。

另外,不同的职业和各类的活动都具有不同的用眼距离需要,并不是所有的工作距离都可以和三个焦点完全匹配。

因此,对于焦点之外距离的视力表现,就需要用其他方法来评估,离焦曲线检查就是其中一个重要的方法。

离焦曲线(Defocus Curve)

离焦曲线的原理和应用

在以往的多焦点晶体或所谓的 “ 可调节晶体 ” 时代,离焦曲线就一直是评估不同距离视力表现的检查。通过在眼前加不同的镜片造成离焦,可以模拟不同距离的视觉需求,将镜片的度数作为横坐标,将视力作为纵坐标描记出来的曲线就是离焦曲线。纵坐标视力可以表达为 logMAR ,也可以用小数或者分数,一般从下到上视力逐渐增加,因此离焦曲线越高,视力表现越好,峰值视力一般出现在晶体设计的焦点距离上。

 

基本光学原理

离焦曲线的原理和应用

要理解离焦曲线,首先要掌握基本的几何光学原理。

首先是聚散度的概念。聚散度是光束在空气中传播时,会聚或者发散的程度,它的单位是屈光度,就是我们熟悉的 D 。平行光束的聚散度定义为 0D ,而透镜能改变光的聚散度,会聚光的聚散度为正,发散光则为负,我们在临床上用的镜片的正负就是来源于此。当我们在眼前放上凹透镜,即负透镜,平行光经过后会发散,其发散光的反向延长线会聚一点,这就是像方焦点。

对于无穷远的物体,经过负透镜成像在像方焦点上,在光学上就等同于无透镜情况下直接注视此像方焦点上的物体,它们的聚散度是等效的,相当于把物体拉近了;当然,因为我们对于物体远近的判断还要依靠其他参照物,所以这里仅是光学聚散度上的等效,但可以大致模拟现实中注视近物时的视力状态。

通过不断增加负透镜就可以模拟从远到近不同距离的视力表现了。由于空气的折射率是 1 ,经过透镜改变后的光聚散度( D ),它的倒数就是像的距离,单位是米。

例如透过 -1D 的镜片看远, 1 的倒数是 1 ,就等同于看 1m 远的物体;再比如透过 -4D 的镜片看远,倒数是 0.25 ,就等同于看 25cm 处的物体。可以看到公式里的距离是负的,这符合光学符号的规则:光从左向右传播,透镜左侧为负,右侧为正;负透镜成像在透镜左侧,所以像距是负的。

 

离焦曲线的绘制

离焦曲线的原理和应用

离焦曲线具体如何来操作和绘制呢?在眼前从 +1D 一直到 -4D ,以 0.5D 一档依次减镜片度数,同时测出每个镜片下的视力,然后描记到记录纸上。这是我们眼科中心使用的离焦曲线记录单,纵坐标的视力以小数记录法,越往上越好,横坐标就是离焦度数。目前大多数离焦曲线都以 +1D 到 -4D 作为离焦范围, -4D 可以模拟到 25cm 的距离,是非常近了。

为什么要有正镜片?我们知道在焦点前后会形成模糊斑,但一定大小的模糊斑还是能被我们的视觉系统认为是清晰的,这就是焦深,对应的物方距离就是景深,所以添加正镜检查能够覆盖景深的评价。另外虽然人工晶体没有调节力,但是睫状肌仍然有一定的功能,面对像模糊依然会尝试去调节,尤其是对双眼同时进行离焦曲线测量时,这种睫状肌调节可能会对调节 – 集合 – 瞳孔三联动系统产生影响,从而影响结果。因此从正镜开始雾视,可以放松睫状肌,使后续的 0 度和负镜测量更为准确。

描记可以是单个病人的测量,也可以是许多的患者数据取平均值,样本量越大,越能反映晶体的性能。至于测量的时间,我觉得和白内障术后配镜一样,术后 3 个月是眼球各项状态都比较稳定的时间,适合进行离焦曲线测量。

 

注意事项

离焦曲线的原理和应用

离焦曲线有几个注意事项:

第一是是否矫正远视力,即检查开始前是否矫正术后残留的屈光不正。如果不矫正,那么这个离焦曲线里面包含了所在机构所有的误差因素,可能由晶体生物学测量引起,也可能是手术因素引起,这样的离焦曲线评估的就是包含这些影响因素下的视力情况。另外,目前 Toric 三焦点晶体还没有在中国上市,未矫正的角膜散光也会包含到离焦曲线当中,对视力和焦深都会有一定的影响。而如果矫正远视力,那么等于排除了这些干扰因素,更加反映晶体本身的能力。所以根据检查目的不同,做离焦曲线前需要考虑是否矫正残余的屈光不正。

第二要注意的是不能总是用同一个视标,因为一系列镜片下来患者会记住视标。所以给出的视标要随机,这点就需要使用电脑综合验光仪,用固定的投影或者印刷视力表患者会记忆视标而使得检查无效。第三要注意瞳孔对检查的影响。我们知道大瞳孔会产生大像差,像差可以在一定程度上弥补离焦导致的像模糊,但过大的像差又会降低成像质量。所以离焦曲线可以在明暗两个情况下进行,如果结果差别很大,证明像差在此离焦曲线中的影响很大。因此对于离焦曲线的解读,还要看这条曲线是在怎样的瞳孔大小下测得。

最后,每个人对于离焦的敏感性都不相同,这里有视觉神经传递的因素。眼是光学器官,有光学的特性,更有生物学的特性,所有经过眼球的光学传递,最终都是要经过神经传递才最终被我们看到,这就涉及到视网膜、视神经以及大脑的功能。所以我们会发现在人工晶体上市时有很多的实验室纯光学研究,比如调制传递函数( MTF ),这些研究只能提供理论上的晶体性能。而离焦曲线则是一个能较为准确反映临床真实视觉表现的测量方法。

 

单/双眼测量的影响

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前面提到了单眼还是双眼进行离焦曲线测量的问题。双眼测量固然更能反映患者在现实生活中的视力表现,但是在涉及双眼视觉功能时,对于注视一个集合固定的视标,而通过改变眼前透镜的方法来模拟不同距离,和真实地注视从远到近的视标,还是不一样的。

我们知道,调节 – 集合 – 瞳孔缩小,这是眼的近反射,调节和集合互相牵制,改变其中一个,就会影响另一个。离焦曲线注视的是固定视标,集合维持不变,调节刺激却一直在变化。而现实的情况是,当我们注视不断移近的物体,集合调节会一起变化,这里调节和集合的交互作用就可能使离焦曲线测量和真实情况产生一些差别。

前面提及,虽然人工晶体没有调节力,但是睫状肌功能尚存,只要有负镜片的调节刺激,仍然会尝试去发动调节,调节就会带来集合,而视标距离没有变化,这种集合就会产生复视,因此为了避免复视,就会产生融像性发散,发散又减弱调节。熟悉老视验光的医生应该会知道,在做近附加时的正负相对调节测量,也是在双眼进行的,测量的结果要比单眼的调节幅度测量要小,这是同样的道理,就是双眼集合的作用牵制了调节能力。感兴趣的同道可以去试一试测量一下自己的,或者是其他调节功能正常者的离焦极限能力,双眼测量的时候是不是反而比单眼还要差一些。

当然,对于没有晶体调节力的人工晶体眼,单眼或者双眼测量的差别到底有多少,还需要更多研究数据来说明,细微的差别可能没有太大的临床意义。今后如果有可调节人工晶体诞生,则集合性调节对离焦曲线测量的影响可能就会比较大,届时单眼还是双眼测量就是一个值得思考的问题。

 

三焦点人工晶体的离焦曲线

离焦曲线的原理和应用

这是三焦点人工晶体的离焦曲线,来源于美国眼科杂志 2016 年发表的这篇文章。它们对残余屈光不正进行了矫正,因此反映的主要是晶体本身的性能。可以看到在 0 度和 -2.5 度有两个峰值,分别对应远近两个焦点,在这两个焦点上的视力是比较好的。在这两个焦点之间的中间视力,虽然没有表现出明显的峰值,但也没有显著下降,这点对比以前的多焦晶体来说是很大的进步,感兴趣的同道可以找来多焦晶体的离焦曲线进行对比,多焦(即两焦)晶体中间视力是有显著下降的。

从这个离焦曲线我们可以看出三焦点人工晶体从远到近的视力较为平顺,所以患者术后的满意度较高,这和我们眼科中心的临床结果也是一致的。目前市面上的一些高端人工晶体,大家可以去查找相应的产品说明,或者国外的研究文献,对比一下各个人工晶体的离焦曲线。当然我们更希望能做出我们中国人自己的大样本研究。

 

离焦曲线的意义

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真正去做离焦曲线是需要耐心的,这个检查很费时,尤其是单眼双眼都测全。老年患者本身就有干眼,更容易视疲劳,理解力也有所下降,可能对于这种长时间的检查配合度不高。因此离焦曲线测量目前大多数还是应用在科研工作当中,尤其是将离焦曲线的曲线下面积进行统计,可以定量地分析和比较不同晶体的表现。可能我们临床医生不需要将离焦曲线检查进行到这种深度,但是我们要学会看懂离焦曲线,因为每一个新的晶体上市,厂商都会提供离焦曲线数据,我们也可以去搜索相关文献来获得一些临床大样本下的离焦曲线数据,这样我们就能知道该晶体的大致性能,和患者术后的视力预期。如果未来出现了更高端的晶体,甚至能无极变焦的晶体,不管它的原理如何,一看离焦曲线,对其性能表现就立刻了然于胸。

 

来源:蔡司三焦点

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