天津世纪康泰生物医学工程有限公司

“美视季”巩膜镜

  专研课堂第七课！

Class of 

scleral lens

第2代非球巩膜镜~美视季^®硬性巩膜接触镜将于近日隆重上市！其诸多创新的光学设计为患者带来了更优异的视觉体验。在设计巩膜镜时，我们需全面考量，既要确保它与角巩膜及眼球形态的完美契合，更要着重提升其光学性能，以显著改善患者的视觉质量。两者兼顾方能精准应对患者的眼部疾病，实现最佳的治疗效果。

上期关于“巩膜镜的设计”的文章中我们从人眼角巩膜形态的角度了解了巩膜镜各区域形态不同设计的各自的优劣势，本期我们将从如何提升视觉质量的角度介绍巩膜镜在光学设计方面的研究进展。

与所有的光学镜片一样，巩膜镜的设计发展也都由看的清向看的好、看的真的方向持续发展着。我们知道，人眼的主要屈光介质为角膜和晶状体，光线通过角膜、晶状体、玻璃体等组织进入视网膜后成像，而配戴巩膜镜后，角膜完全由液体覆盖，全眼像差主要来源于晶状体；另外巩膜镜的中央区域为光学区，由镜片的曲率和光度共同构建了一个理想的光学界面。因此巩膜镜光学区与人眼晶状体之间的像差的理想匹配对于视觉质量的提升至关重要。

Holladay¹等人对不同年龄的人眼球差值的研究表明 ，人眼角膜为固定正球差，其不随年龄的增长而改变。而年轻人的晶状体为负球差，因此可抵消角膜的正球差而拥有良好的视觉质量。随着年龄的增长，晶状体逐渐向正球差转变，和角膜正球差叠加后形成全眼更大的正球差，引起了视觉干扰，如眩光、暗环境对比敏感度下降。

非球面巩膜镜设计解决了视觉干扰的问题，但是距离看的好、看的真依旧有一些实际问题需要解决。

自从1961年Smirnov首次测量人眼波前像差以来，至今已有60余年的历史。‌波前像差是指实际波前与理想无偏差状态的波前之间的偏差，这种偏差是由于人眼的屈光系统并不是完美的，光线在传播过程中会发生改变，导致形成的波前发生变形。波前像差可以分为‌单色像差和色光像差，单色像差包括‌球差、‌彗差、‌像散、‌场曲和‌畸变，而色光像差则包括‌位置色差和‌倍率色差。波前像差对视觉质量有重要影响，可能导致视力下降或视觉不适。

波前像差常用的表达方式为Zernike多项式。Zernike多项式为一正交于单位圆上的一组函数，通过Zernike多项式，眼光学系统像差可以量化。

Zernike多项式可以把波前像差分解为多阶成分。常用的 Zernike多项式为7阶35项。0~2阶为低阶像差，可以用球柱镜矫正；3阶及以上为高阶像差，无法用球柱镜矫正。

0阶：各方向均匀、平整的波阵面，即无像差；

1阶：沿着x轴和y轴倾斜；

2阶：Z20球性离焦（近视、远视），Z2-2散光（45/135°轴向），Z22散光（90/180°轴向）；

3阶：类彗差，Z3-1垂直彗差，Z31水平彗差，Z3-3 Z33三叶草差；

4阶：类球差，Z40球差，Z4-2 Z4-2二级散光，Z4-4 Z44四叶草；

5阶及以上：更复杂的波阵面像差，只有瞳孔非常大时才显露出。

另根据SCOPE Study的“巩膜镜在美国的适应症调查”的研究，巩膜镜74%应用于不规则角膜散光患者、16%应用于角膜疾病。可以看到，配戴巩膜镜的患者角膜的情况都比较差，角膜前表面存在这各种缺陷和变形，存在不规则的散光或者规则的高度散光，有的甚至还有慧差，三叶草等高阶像差，这些高阶像差的存在，大大限制了患者视觉质量的进一步提升。

有缺陷和变形的角膜图例

各种像差示意图

如何将人眼波前像差降到最低、有效地提升配戴巩膜镜患者的视觉质量？巩膜镜的设计者进行了非常多的探索。如美视季^®硬性巩膜接触镜所采用的“相位调制”专利设计，其通过角膜地图仪得到个性化的人眼角膜的非球面系数及角膜前表面矢高分布数据，建模、拟合、对实际表面矢高和拟合矢高残值运用泽尼克多项式展开后再转换成相位分布数据得到完整的角膜前表面个性化人眼模型；通过个性化人眼光线追迹，得到全眼不同瞳孔情况下的波前像差分布特性和幅度，以此给出针对性的相位调制和补偿的像差值；再叠加相位调制函数在巩膜镜前表面光学区，对各个入射视场的特定光学像差进行调制，实现目标像差的平衡或者矫正。通过以上的设计、调制，可以精准地补偿人眼角膜波前畸变，达到“高清多一行”之视力水平和视觉质量。

巩膜镜光学设计理论将日趋完善、工艺实现日益精进，在不懈追求更高视觉质量的愿景下，我们相信，未来将会涌现出更多卓越的巩膜镜设计理念。

参考文献：

1.Holladay, Quality of vision; essential optics for the cataract and refractive surgeon

2. 瞿佳. 视光学理论和方法（第3版）[M]. 人民卫生出版社, 2018.

3. 王雁, 赵堪兴. 波前像差与临床视觉矫正[M]. 人民卫生出版社, 2011.

4. 吴晋芳，袁志勇，陈思，谢培英. 波前像差的视光学理论与应用[J]. 中国斜视与小儿眼科杂志，2006，04：49-52.