1、基本概念

　　1.1、波前像差

　　光是行进的电磁波，一个点光源发出的光线，将会向各个方向呈波阵面传播，把光的传播过程中相位一致的点相连组成的面即称为波阵面，亦称波前。在理想成像中，一个点光源通过光学系统所成的像，应该是一个以理想像点为中心的球面，而在实际成像中，由于光学系统的成像特点或者由于光学系统存在缺陷，导致实际波阵面与理想波阵面并不是同一个波面，实际波阵面与理想波阵面之间的差异，即为波前像差。

　　像差存在于所有的光学系统，从几何光学角度可将像差分为色差和单色像差。单色像差又可以分为球差、慧差、场曲、像散和畸变等五种，形成的原因在于屈光介质本身的构造，比如说，球差的产生是由于球面镜片的边缘比中央部有更大的屈光力。从物理光学角度可将像差定义为波前像差(或称波阵面像差)。波前像差是衡量光学系统成像质量的重要指标。

　　1.2、人眼的像差

　　正常人眼球是一种极其复杂的光学系统，同样存在像差。人眼波前像差的来源主要为：

　　(1)角膜和晶状体的表面不理想;

　　(2)角膜与晶状体、玻璃体不同轴;

　　(3)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。

　　对人眼来讲，视网膜成清晰像才是最有意义的，因此准确测量出人眼的像差显得相当重要。相对视网膜的清晰像将像差分为低阶像差和高阶像差2部分。低阶像差是指离焦(包括近视和远视)、散光等屈光问题引起的视网膜像模糊或变形;高阶像差指球差、彗差、不规则散光等屈光系统存在的其他光学缺陷。

　　全眼球总高阶像差以及球面像差随年龄的增加显著增长，角膜源性无显著变化，晶状体源性随年龄的增长明显增加，并且逐渐由负值向正值发展。

　　1.3、波前像差的评价与测量

　　目前用于测量人眼像差的波前像差仪多采用Zernike多项式和波前像差图表达其测量结果。Zernike多项式是一正交于单位圆上的序列函数，它可将波前像差分解成多个阶像，通过Zernike多项式可量化眼光学系统的像差。常用的Zernike多项式分为7阶35项，分别为第1阶倾斜(包括2项，分别用C1，C2表示，以下同)、第2阶离焦、散光(C3一C5)、第3阶(C6一C9)、第4阶(c10―c14)、第5阶(c15一c20)、第6阶(c2l―c27)和第7阶(C28一c35)，其中，第l阶与第2阶像差属低阶像差，与传统像差相对应，可以为光学眼镜所矫正，第2阶之后的像差属高阶像差，为近年来研究的热点，其中比较重要的有第3阶的彗星像差及第4阶的球面像差，另外还有次级散光、三叶草像差等，除了第四阶中的球面像差可为消球差透镜矫正外，其余高阶像差不能为光学眼镜所矫正。一般的说，阶数较低的像差对光学成像质量的影响大于阶数较高的像差。Zernike各项像差对光学质量的影响从大到小排列依次为：球面像差、离焦、散光、彗星像差、三叶草、四叶草、五叶草等。

　　波前像差仪是一种新型的测量仪器，其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光源点，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矩阵测量出来，并形成波前点阵。因为反射光线经历了眼视光系统的所有像差，所以，方向必定会与理想的平行反射光线方向存在光程偏差。通过比较它们之间的偏差，就可以计算出整个眼视光系统的像差分布情况，并通过三维图像的形式显示在屏幕上，这便是更直观的波前像差图。

　　2、波前像差与角膜屈光手术

　　2.1、角膜屈光手术后的波前像差

　　近视、远视和规则散光等降低人眼视功能的光学缺陷可通过框架眼镜、隐形眼镜或角膜屈光手术来矫正。而球差、彗差等也会降低人眼视功能的高阶像差则只能通过角膜屈光手术矫正。角膜屈光手术使患者视力提高的同时，随之也出现了一些其它视觉问题如眩光、光晕、夜视力差等。据文献报道，RK、PRK、LASIK术后高阶像差均有显著增加，尤以第三阶的慧差和第四阶的球差增加为主，而且术后像差与瞳孔大小有较显著的相关性，术后瞳孔7mm时像差较3mm时增加更多，而且在3mm时以慧差为主，7mm时则以球差为主(术后6个月以慧差为主)。

　　临床发现角膜屈光手术后波前像差增加的原因有：(1)角膜曲率改变不理想;(2)偏中心切削;(3)角膜不规则、角膜雾状混浊及伤口的愈合反应。由此可见波前像差检测技术在屈光手术后的应用有非常重要的意义，即能对手术效果做出准确评价，有助改善手术方法，还能认知和处理那些视力已经很好但还存在其它视觉质量方面抱怨的患者。

　　2.2、波前像差引导个体化屈光手术

　　由于传统的激光角膜屈光手术治疗程序相对单一，不同个体术后会出现程度和形式各异的眼像差增加。近视患者术后在视觉质量方面常有这样那样的主诉和抱怨。于是许多学者提出了“个体化切削”。个体化切削是指针对患者的个体差异进行针对性的激光切削，包括两个含义：其一就患者特有的波前像差进行针对性的切削，达到既矫正近视、远视和散光等传统意义上的屈光不正，又矫正彗差等高像差，使得患者术后可以获得超常视力。其二是对患者激光术后继发的波前像差进行针对性的矫正，改善术后的波前像差，提高视力。

　　波前像差引导的个体化切削，是根据波前像差仪提供的信息，测得的像差以角膜面不规则的形式表达出来，然后用准分子激光对角膜表面进行精确的细微结构塑形，旨在使投射到角膜的每一点均能在黄斑处准确地聚焦，从而最大限度地开发人眼的潜在视力。因此，切削方案的设计十分关键。

　　大量的临床研究结果显示：波前引导个体化切削不仅减少原有的像差，还减少手术源性像差的发生率。较传统手术切削深度减少，可预防角膜膨胀和大量手术源性像差，改善术后的夜视下效果，术后视野也更广，能获得更佳的裸眼视力和视觉质量。另外，用波前像差技术可对屈光术后的并发症如中央岛、偏中心切削等进行检测，然后引导激光对角膜表面进一步精确塑形，修正患者的像差，提高患者视力和视觉质量。

　　然而，波前像差引导下个体化切削并非适合于所有人群，该技术在矫正低中度屈光不正的效果较理想，而对高度及超高度屈光不正的效果却不尽人意。个体化切削尚无法消除衍射和色像差的影响;消除高阶像差，增加了中心视力的视觉质量，但降低了周边视野的视觉质量，需要权衡选择。

　　3、波前像差与白内障、人工晶体

　　晶状体在补偿角膜像差中起着重要作用，晶状体的变化会对人眼像差造成一定的影响。因而像差技术既可以用于评价白内障及其手术对视觉质量的影响，又可以用于研究人工晶状体的设计、选择，以及白内障手术方式的改善，保证白内障术后患者有最佳的视觉质量。

　　3.1、白内障眼的波前像差

　　晶状体浑浊部位及轻重差异而引起波前像差的变化不尽相同。彗差在皮质性白内障中占主要成分，而不同球差在核性白内障中占主要成分。核性白内障的球差都为负球差，皮质性白内障的球差都为正球差。许多白内障患者早期尚有较好视力，但有视物不清、畏光、单眼复视甚至三重视的症状，这可能是球差以及次级散光增加的结果。

　　3.2、白内障人工晶体眼的波前像差

　　研究表明，人工晶状体眼像差均大于自然晶状体眼者。原因主要有3方面：

　　(1)两种晶体的光学特性、大小、结构差异很大。自然晶状体各部密度、屈光指数及屈光力不同，其厚度会随调节发生改变，晶状体周边部折射率小于中央部折射率，可抵消球面像差。而人工晶状体没有这些特点。人工晶状体眼的球差还因其材料、设计不同而各异，并在瞳孔增大时像差也增大，这就是白内障术后人工晶状体眼夜间视物模糊并有眩光的原因。

　　(2)人工晶体与角膜相对关系的改变;人眼的像差主要由角膜像差和内部像差(主要是晶状体)组成。角膜具有正球面像差，且变化较少，透明晶状体是负球面像差性，可以弥补角膜的正球面像差。目前临床上使用的人工晶体为双凸或平凸结构，并不能平衡角膜的像差，使球面像差增大，引起视觉质量下降。

　　(3)手术对角膜有影响。

　　3.3、波前像差与人工晶体的设计

　　一般认为理想的人工晶状体应设计为不仅能提高患者的视力，而且能补偿角膜像差，并尽量使整体像差最小。植入一个有负球差的非球面人工晶体可以减少人眼的球差，增加弱视患者的对比敏感度，使患者有更好的视觉质量。近年来随着波前像差技术在白内障领域以及人工晶状体设计中的应用，非球面人工晶状体逐渐走向成熟。现应用于临床的非球面人工晶状体主要设计理念分为3类，

　　(1)零球差人工晶状体：植入眼内不改变眼内原有球差。

　　(2)球差为-0.27µm非球面人工晶状体：植入眼内后抵消角膜的正球差，使全眼球差为零。

　　(3)球差为-0.20µm非球面人工晶状体：植入眼内后部分抵消角膜的正球差，保留全眼+0.10µm球面像差，符合青年群体球差特征。选择人工晶体时术前必须测量角膜球差。

　　4、展望

　　波前像差技术在眼科学中的应用具有里程碑的意义，可以准确、客观地描述人眼的成像特点，使人们具有完美视觉成为可能，在眼科临床上的应用越来越重视。但在屈光手术上，个体化切削中如何设计像差的消除、消除哪些像差等问题仍未解决，如何优化波前引导的屈光手术仍是一个非常重要的问题。波前像差技术在白内障手术领域中的应用还不能做到真正的个性化。所以波前像差在眼科临床上理想应用还有很长的路要走。