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摘 要 当代社会，人类的视觉问题已不仅局限于矫正度数，波前像差与不同环境下的瞳孔大小、对比敏感度、夜间视力等均对人类的视觉、生活产生影响。眼视光从业者的聚焦点逐渐转向诸多起源于视光的眼部疾病，从业者将生物器官、光学器官的特性融于一体，力求在技术上超越仅局限于视觉功能的3.0时代，深入研究光学像差，合理利用“自适应光学技术”，开启波前验配的验光4.0时代。
关键词 验光4.0 波前像差 自適应光学 瞳孔直径
中图分类号：O43 文献标识码：A 文章编号：1007-0745（2020）03-0061-02
1 验光的发展
验光技术根据验光的主客观性，分为他觉验光和主觉验光。验光作为患者配镜的依据、诊断疾病的参考以及屈光不正所致弱视患者的治疗依据等。起初，从业者直接使用插片，较专业的使用检影验光作为验光的初步，可称为初代验光1.0。后来，人们使用了综合验光仪，将所有的镜片融合成一体，更好的进行红绿平衡、双眼评估，可以认为是升级后的验光2.0。而验光3.0，在原先只关注度数的情况下，开始关注视功能，如调节、集合、眼球运动等。目前，大部分地区视光从业者停留在2.0的技术模式，比较专业的医院、眼镜店或视光中心，采用3.0验光模式。
2 波前像差的引入
如果我们把光看成波，那么波源所发出的振动在介质中传播时，相同时间所到达的各点所组成的面，可以组合成一个波面。我们将最前沿的波面称为波前或波阵面，用光线矩阵所形成的波前和理想的球面相比会有所差异，这种偏差就叫波前像差。所谓眼屈光系统的波前像差就是实际波前和理想的参考波面之间的偏差。
越来越多的人受到电子时代的影响和自身发育的变化，出现了普通眼镜矫正不了的视觉紊乱现象。比如出现鬼影图像、重影、眩光、光晕、彗星状拖尾、星芒辐射线等等，而且这些现象在夜间更明显。人类眼睛经过长期的进化，存在了不让视觉出现异常的像差平衡，如角膜的前后表面、角膜与晶状体的总像差、角膜水平慧差与光学中心偏移量、晶体周边和中央形态等等，它们相互光学补偿从而使人眼视觉趋近于完美。而人类的大脑神经也有补偿像差的作用，它会对像差重新适应，称为神经性补偿。
通过近年来的国内外的研究文献，人们越来越关注入眼的波阵面（如图1），分析进出眼睛光波面的差异，不难发现，近视眼屈光参数中屈光度数和眼轴长度对波前像差产生重要影响，屈光度数越高和眼轴越长者其总像差值越大，而角膜的非球面特性对近视眼的波前像差无明显影响。近视性屈光参差患者双眼高阶像差百分比存在明显差异，这可能是近视性屈光参差发展的一个潜在危险因素[1]。使用波前像差仪测量2mm、3mm、4mm瞳孔直径下的等效球镜值，与小瞳电脑验光、散瞳验光所得等效球镜值进行比较[2]。结果波前像差仪各瞳孔直径等效球镜数值均低于散瞳验光和电脑验光。人眼高阶像差具有明显的瞳孔依赖性，并随瞳孔直径增大而增高。
角膜不适当的形状因数就会导致球面像差的产生，而偏离中心的顶点则会产生彗差，倾斜又会产生不规则散光，因此，眼球高阶像差HOA主要是由角膜表面的不规则所引起[3]。普通的准分子激光、框架眼镜、软性隐形眼镜只能用于矫正低阶像差。“波前像差技术”来源于“自适应光学技术”在天文望远镜和军事上的应用，针对于人眼的像差，充分发挥计算机和光电技术的优势，从新的方向对人类的视觉进行优化。
目前，波前像差主要应用于角膜屈光手术及波前引导的个性化切削。根据不同个体独特的光学特性和解剖特性，通过球镜、柱镜、非柱镜以及非对称的切削矫正个体球镜和柱镜，并减少眼的高阶像差。并不是每一位人都合适或自愿选择角膜屈光手术，大多数人还是采用了传统的配镜方式，这使波前像差引导的验光模式成为新时代的需求
方向[4]。
波前像差检查引导的验光，提供了像差数据，不再局限于传统的离焦和像散，同时包括了球差、彗差等高阶像差的矫正，使“个性化”视力矫正成为可能。通过精确测量，我们可以计算在视网膜上的光学成像，让我们客观评判各种光学矫正方案，并实现全方位视觉诊断，包括弱视、夜视觉中的重影、光晕等。
3 波前像差的测量
波前像差的测量通过波前像差仪完成，波前像差仪所测量的是整个眼球的屈光通路，包括屈光表面，如泪膜、角膜前表面、角膜基质、角膜后表面、晶状体前表面、晶状体实质、晶状体后表面、玻璃体以及视网膜等等。它要比其他验光系统精度高20～50倍，常规验光方法的通常是25度为最小梯度，散光轴位以5度为最小刻度，而波前像差检查，球镜与柱镜、散光轴位则精确到1度，这样就明显提高了验光检查的精准性。且相对于其他验光方法，波前像差仪在散光及轴位检测有明显优势，并可应用于区分高阶像差和低阶像差[5]。
波前像差的测量方法为两类：一类是客观检测法，如Hartmann-Shack波前感受器（简称HS）、Tscherning波前感受器（简称TS）和视网膜轨迹追踪技术等;另一类是主观检测法，即心理物理检查。人眼的波前像差记录分两步：波前记录和波前再现。波前记录是将人眼被激光照射后的衍射光波与另一相关光波，以此得到通过CCD等记录下的眼睛像差。通过Zernike多项式再现的波前作比较，从而可以评价人眼的像差。Tscherning波前感受器是将单光线投射到视网膜上形成视网膜图像，计算机把视网膜图像上的每个点位置与它们在理想状态下的相应位置进行比较，根据偏移结果来数学重建波前像差。心理物理方法检查，通过测定点光源光线在瞳孔各点的角度偏移而得出该点的像差。
4 波前像差的应用
4.1 波前像差数字化框架眼镜
除了传统验光步骤之外，还需要进行角膜地形图、波前像差、测量眼轴长度等检查。将不同坐标方位的眼球波前数据，导入磨具中，通过在两个镜片之间，夹带写入了眼球波前像差可调节折射率的薄膜，压制成一个多层透镜，叫做波前像差镜片（如图2）。可以修正激光手术之后独特的残余高阶像差，提高患者的视觉质量，特别是夜间的驾驶能力。同时还可以矫正视觉图像上缺乏鲜明度和清晰度的问题。 市面上有譬如“iZon镜片”、视满分镜片、蔡司驾驶镜片等等。相当于在夜间增加了景深[6]，让可视范围扩大，通过瞳孔尺寸大小来计算镜片曲率设计，最大程度优化镜片性能。双面点对应技术是指每一片镜片的前表面配试一个与之匹配的后表面。这项技术分析每个光度的基本设计，基于分析结果对后面进行二次调整，以期达到镜片最佳光学效果。高阶相差消除技术也应用于渐进多焦点镜片，精细基弯优化，波前像差计算打造出适合睿智人群的高品质渐进片，提升戴镜的舒适度和清晰度。
4.2 虚拟角膜镜片
虚拟角膜镜片主要用于接受二次增效手术的病人。尤其是首次激光手术后，角膜光学中心的中央岛、偏心切削、不规则散光的病人，因为这部分人只有通过眼球波前检测数据制作的虚拟镜片才能矫正。虚拟镜片技术是判断波前像差数据能否用于患者眼睛上二次治疗的唯一手段。
维护全面的眼健康，不仅仅停留在矫正视力，应该更加关注视觉的质量。通过像差仪获取波前像差、调制传递函数（MTF）和点扩散函数（PSF）等光学信息，进而分析全眼的总高阶像差、总彗差、总球差、总三叶草所对应的均方根值（RMS）和MTF曲线对应的面积比值（AR）及PSF曲线对应的斯特列尔比值（SR）。借助于自适应光学理论制作而成的波前像差镜片，让人眼实现了理论上的超常视觉品质（对比敏感度、光栅分辨率等）。波前像差引导的验光必将成为眼视光行业未来发展的趋势和目标，为眼健康开启验光4.0时代。
参考文献：
[1] 黄建忠，赵武校，刘伟民，杨佳.近视眼波前像差与屈光参数的相关性研究[J].眼科新进展，2009，29（05）：354-355.
[2] 左彤，杨晓艳，方利华， 显然验光与不同瞳孔直径下波前像差验光的比较.中华眼视光学与视觉科学杂志， 2012，14（08）：481-484.
[3] 褚仁远，戴锦晖，周行涛.要视力，更要视觉质量[J].中国眼耳鼻喉科杂志，2006，06（02）：72-73.
[4] 胡建荣，严宗辉，刘春风，黄丽娜.近视散光患者眼球高阶像差的研究[J].中华眼科杂志， 2004，40（01）：13-16.
[5] 高敬，周珺，王肖，孙园，王晓霞，赵琪.儿童散光度数变化对波前像差的影响.眼科新进展[J]. 2017（04）：365-368.
[6] 孙金涛，王勤美，陳世豪，安萌.正视人群夜间近视与高阶像差相互关系的研究[J]，实用医学杂志，2011，27（13）：2361-2363.
湖北省荆州市大圆视光中心，湖北 荆州
关键词 验光4.0 波前像差 自適应光学 瞳孔直径
中图分类号：O43 文献标识码：A 文章编号：1007-0745（2020）03-0061-02
1 验光的发展
验光技术根据验光的主客观性，分为他觉验光和主觉验光。验光作为患者配镜的依据、诊断疾病的参考以及屈光不正所致弱视患者的治疗依据等。起初，从业者直接使用插片，较专业的使用检影验光作为验光的初步，可称为初代验光1.0。后来，人们使用了综合验光仪，将所有的镜片融合成一体，更好的进行红绿平衡、双眼评估，可以认为是升级后的验光2.0。而验光3.0，在原先只关注度数的情况下，开始关注视功能，如调节、集合、眼球运动等。目前，大部分地区视光从业者停留在2.0的技术模式，比较专业的医院、眼镜店或视光中心，采用3.0验光模式。
2 波前像差的引入
如果我们把光看成波，那么波源所发出的振动在介质中传播时，相同时间所到达的各点所组成的面，可以组合成一个波面。我们将最前沿的波面称为波前或波阵面，用光线矩阵所形成的波前和理想的球面相比会有所差异，这种偏差就叫波前像差。所谓眼屈光系统的波前像差就是实际波前和理想的参考波面之间的偏差。
越来越多的人受到电子时代的影响和自身发育的变化，出现了普通眼镜矫正不了的视觉紊乱现象。比如出现鬼影图像、重影、眩光、光晕、彗星状拖尾、星芒辐射线等等，而且这些现象在夜间更明显。人类眼睛经过长期的进化，存在了不让视觉出现异常的像差平衡，如角膜的前后表面、角膜与晶状体的总像差、角膜水平慧差与光学中心偏移量、晶体周边和中央形态等等，它们相互光学补偿从而使人眼视觉趋近于完美。而人类的大脑神经也有补偿像差的作用，它会对像差重新适应，称为神经性补偿。
通过近年来的国内外的研究文献，人们越来越关注入眼的波阵面（如图1），分析进出眼睛光波面的差异，不难发现，近视眼屈光参数中屈光度数和眼轴长度对波前像差产生重要影响，屈光度数越高和眼轴越长者其总像差值越大，而角膜的非球面特性对近视眼的波前像差无明显影响。近视性屈光参差患者双眼高阶像差百分比存在明显差异，这可能是近视性屈光参差发展的一个潜在危险因素[1]。使用波前像差仪测量2mm、3mm、4mm瞳孔直径下的等效球镜值，与小瞳电脑验光、散瞳验光所得等效球镜值进行比较[2]。结果波前像差仪各瞳孔直径等效球镜数值均低于散瞳验光和电脑验光。人眼高阶像差具有明显的瞳孔依赖性，并随瞳孔直径增大而增高。
角膜不适当的形状因数就会导致球面像差的产生，而偏离中心的顶点则会产生彗差，倾斜又会产生不规则散光，因此，眼球高阶像差HOA主要是由角膜表面的不规则所引起[3]。普通的准分子激光、框架眼镜、软性隐形眼镜只能用于矫正低阶像差。“波前像差技术”来源于“自适应光学技术”在天文望远镜和军事上的应用，针对于人眼的像差，充分发挥计算机和光电技术的优势，从新的方向对人类的视觉进行优化。
目前，波前像差主要应用于角膜屈光手术及波前引导的个性化切削。根据不同个体独特的光学特性和解剖特性，通过球镜、柱镜、非柱镜以及非对称的切削矫正个体球镜和柱镜，并减少眼的高阶像差。并不是每一位人都合适或自愿选择角膜屈光手术，大多数人还是采用了传统的配镜方式，这使波前像差引导的验光模式成为新时代的需求
方向[4]。
波前像差检查引导的验光，提供了像差数据，不再局限于传统的离焦和像散，同时包括了球差、彗差等高阶像差的矫正，使“个性化”视力矫正成为可能。通过精确测量，我们可以计算在视网膜上的光学成像，让我们客观评判各种光学矫正方案，并实现全方位视觉诊断，包括弱视、夜视觉中的重影、光晕等。
3 波前像差的测量
波前像差的测量通过波前像差仪完成，波前像差仪所测量的是整个眼球的屈光通路，包括屈光表面，如泪膜、角膜前表面、角膜基质、角膜后表面、晶状体前表面、晶状体实质、晶状体后表面、玻璃体以及视网膜等等。它要比其他验光系统精度高20～50倍，常规验光方法的通常是25度为最小梯度，散光轴位以5度为最小刻度，而波前像差检查，球镜与柱镜、散光轴位则精确到1度，这样就明显提高了验光检查的精准性。且相对于其他验光方法，波前像差仪在散光及轴位检测有明显优势，并可应用于区分高阶像差和低阶像差[5]。
波前像差的测量方法为两类：一类是客观检测法，如Hartmann-Shack波前感受器（简称HS）、Tscherning波前感受器（简称TS）和视网膜轨迹追踪技术等;另一类是主观检测法，即心理物理检查。人眼的波前像差记录分两步：波前记录和波前再现。波前记录是将人眼被激光照射后的衍射光波与另一相关光波，以此得到通过CCD等记录下的眼睛像差。通过Zernike多项式再现的波前作比较，从而可以评价人眼的像差。Tscherning波前感受器是将单光线投射到视网膜上形成视网膜图像，计算机把视网膜图像上的每个点位置与它们在理想状态下的相应位置进行比较，根据偏移结果来数学重建波前像差。心理物理方法检查，通过测定点光源光线在瞳孔各点的角度偏移而得出该点的像差。
4 波前像差的应用
4.1 波前像差数字化框架眼镜
除了传统验光步骤之外，还需要进行角膜地形图、波前像差、测量眼轴长度等检查。将不同坐标方位的眼球波前数据，导入磨具中，通过在两个镜片之间，夹带写入了眼球波前像差可调节折射率的薄膜，压制成一个多层透镜，叫做波前像差镜片（如图2）。可以修正激光手术之后独特的残余高阶像差，提高患者的视觉质量，特别是夜间的驾驶能力。同时还可以矫正视觉图像上缺乏鲜明度和清晰度的问题。 市面上有譬如“iZon镜片”、视满分镜片、蔡司驾驶镜片等等。相当于在夜间增加了景深[6]，让可视范围扩大，通过瞳孔尺寸大小来计算镜片曲率设计，最大程度优化镜片性能。双面点对应技术是指每一片镜片的前表面配试一个与之匹配的后表面。这项技术分析每个光度的基本设计，基于分析结果对后面进行二次调整，以期达到镜片最佳光学效果。高阶相差消除技术也应用于渐进多焦点镜片，精细基弯优化，波前像差计算打造出适合睿智人群的高品质渐进片，提升戴镜的舒适度和清晰度。
4.2 虚拟角膜镜片
虚拟角膜镜片主要用于接受二次增效手术的病人。尤其是首次激光手术后，角膜光学中心的中央岛、偏心切削、不规则散光的病人，因为这部分人只有通过眼球波前检测数据制作的虚拟镜片才能矫正。虚拟镜片技术是判断波前像差数据能否用于患者眼睛上二次治疗的唯一手段。
维护全面的眼健康，不仅仅停留在矫正视力，应该更加关注视觉的质量。通过像差仪获取波前像差、调制传递函数（MTF）和点扩散函数（PSF）等光学信息，进而分析全眼的总高阶像差、总彗差、总球差、总三叶草所对应的均方根值（RMS）和MTF曲线对应的面积比值（AR）及PSF曲线对应的斯特列尔比值（SR）。借助于自适应光学理论制作而成的波前像差镜片，让人眼实现了理论上的超常视觉品质（对比敏感度、光栅分辨率等）。波前像差引导的验光必将成为眼视光行业未来发展的趋势和目标，为眼健康开启验光4.0时代。
参考文献：
[1] 黄建忠，赵武校，刘伟民，杨佳.近视眼波前像差与屈光参数的相关性研究[J].眼科新进展，2009，29（05）：354-355.
[2] 左彤，杨晓艳，方利华， 显然验光与不同瞳孔直径下波前像差验光的比较.中华眼视光学与视觉科学杂志， 2012，14（08）：481-484.
[3] 褚仁远，戴锦晖，周行涛.要视力，更要视觉质量[J].中国眼耳鼻喉科杂志，2006，06（02）：72-73.
[4] 胡建荣，严宗辉，刘春风，黄丽娜.近视散光患者眼球高阶像差的研究[J].中华眼科杂志， 2004，40（01）：13-16.
[5] 高敬，周珺，王肖，孙园，王晓霞，赵琪.儿童散光度数变化对波前像差的影响.眼科新进展[J]. 2017（04）：365-368.
[6] 孙金涛，王勤美，陳世豪，安萌.正视人群夜间近视与高阶像差相互关系的研究[J]，实用医学杂志，2011，27（13）：2361-2363.
湖北省荆州市大圆视光中心，湖北 荆州