CN111796418A

CN111796418A - 一种散光型人工晶体(Toric IOL)的屈光度计算方法

Info

Publication number: CN111796418A
Application number: CN202010748766.3A
Authority: CN
Inventors: 郑历; 张君
Original assignee: Hangzhou Msk Eye Hospital Co ltd
Current assignee: Hangzhou Msk Eye Hospital Co ltd
Priority date: 2020-07-30
Filing date: 2020-07-30
Publication date: 2020-10-20
Anticipated expiration: 2040-07-30
Also published as: CN111796418B

Abstract

本发明公开了一种散光型人工晶体的屈光度计算方法，所述方法包括以下步骤：通过医生提供的SIA计算制作角膜切口后，角膜前表面切向曲率的变化，获得角膜前表面平轴和陡轴的切向曲率；角膜前表面平轴和陡轴切向曲率计算角膜前表面平轴和陡轴曲率半径，角膜后表面平轴和陡轴切向曲率计算角膜后表面平轴和陡轴曲率半径；进一步根据平轴和陡轴前、后表面的曲率半径及角膜厚度、前房深度、眼轴长度、人工晶体参数、预留屈光度，计算平轴和陡轴前表面入射光、出射光的焦距，后表面入射光、出射光的焦距，及人工晶体入射光的焦距，从而计算所需IOL平轴和陡轴的屈光度。

Description

一种散光型人工晶体(Toric IOL)的屈光度计算方法

技术领域

本发明属于医用散光型人工晶体材料领域，具体涉及一种散光型人工晶体的屈光度计算方法。

背景技术

随着白内障手术技术和手术设备及人工晶状体(intraocular lens，IOL)的不断完善，白内障手术正式步入屈光手术时代，白内障术后无需戴镜也成为关注的话题。然而，手术前后的散光一直是影响术后视觉质量的重要因素。在诸多矫正散光的方案中，散光IOL(Toric intraocular lenses，Toric IOL)是最稳定和有效的。据国外统计约23％～47％的白内障患者角膜散光大于1.00D，10％的患者角膜散光大于2.00D，中国约25％的白内障患者术前散光>1.50D。为了达到术后脱镜的目的，医务工作者和研究者进行了诸多尝试，如角膜缘松解术、角膜切开术及准分子激光手术，这些方法虽然能部分矫正散光，但存在结果难以预测、效果不稳定的缺陷。而Toric IOL的推出相对完美地解决了这一问题。

精确的角膜散光测算是成功矫正散光的第一步，目前有多种方法可以测量角膜散光，包括手动角膜曲率计、角膜地形图、Lenstar、IOLMaster、Pentacam、OPD Scan等。目前散光型IOL的计算公式有Holladay散光计算公式、Barrett计算公式、新版Alcon在线散光计算公式及Abulafia-Koch公式、Balor nomogram等。然而上述均存在一个共同问题，就是精度计算不足。

现有技术中的IOL屈光度计算公式，存在以下技术问题：

第一，计算公式存在适用范围的局限性。或局限于一定的眼轴长度、或局限于散光晶体的选择、或局限于角膜手术史等。不同患者，需首先挑选出与之相适用的一组公式，才能进行计算。

第二，公式的精度不高。因缺少一个公认准确的人工晶体屈光度计算公式，现有技术中多采用适合的几个相对准确的公式取均值或极值或依医生经验主观选择，公式精度不高。同时，由于以往公式的精度不够，而高端功能性晶体需要以准确的屈光度预估为前提，因此高端功能性晶体的使用受到了极大限制。

第三，对于异常角膜形态，如角膜屈光术后、角膜移植术后、外伤性角膜等，尚无一种公式能够给予较为准确的结果，误差常高于1.00D。例如，进行过准分子激光原地角膜消除术(Laser-assisted in Situ Keratomileusis，LASIK)后的患者，通过改变角膜屈光度来矫正屈光不正，患者在LASIK手术中需要切削部分角膜组织，改变角膜的生物物理作用。对于近视患者来讲，其中央区角膜前表面的曲率变小；对于远视患者来讲，其中央区角膜前表面曲率变大。两种情况下的角膜后表面的曲率均保持相对稳定，结果使得角膜前、后表面曲率比值发生显著改变；同时造成中央部角膜变薄。因而改变了角膜及眼前节的解剖结构，使其中某些参数发生变化。对这类患者若按常规方法计算IOL屈光度，在术后角膜保持稳定的状态下，将会造成持续的远视状态。Seitz等人总结了最近文献报告的31例患者情况，他们远视度数在+3.10D～+9.75D之间。同时，很多针对角膜屈光手术史的公式，需要患者原始资料，而角膜屈光手术多在10年以前完成，原始资料极难采集。

第四，晶状体所需散光度，只能根据角膜散光估算，无法直接对置换的晶状体所需屈光度进行计算。

第五，手术切口使得角膜该轴位纤维层被迫松解，改变角膜形态，进而改变角膜散光屈光度和轴位，因此需要把手术切口引起的手术源性散光(Surgically InducedAstigmatism,SIA)进行代偿后再做计算才能获得更为精准的数据。

LASIK已经发展30余年，早期LASIK术后患者很多已经面临白内障的困扰，同样需要通过植入人工晶体的手段进行解决。而现有技术中的IOL屈光度的计算公式本身就存在很多不足，在对LASIK术后患者的IOL屈光度进行计算更是难上加难。现有技术中，尚没有一个完美的方案解决LASIK术后患者的IOL屈光度的计算中存在的各种问题，无法减小计算公式中的误差。散光问题，也是影响视力的主要因素之一，如果只是估算势必影响术后视觉质量。

发明内容

本发明实施例为解决现有技术中Toric IOL屈光度的计算公式误差大的问题，提高Toric IOL屈光度计算公式精度，提出了一种Toric IOL的屈光度计算方法，在修正SIA角膜曲率变化后，基于ZZ TIOL FORMULA，对Toric IOL屈光度进行计算，通过将光线的全部折射路径分段计算完成，同时将角膜后表面切向曲率引入屈光度的计算中，方法简单、易操作、精度高，适用于所有患者。

根据本发明的一个方面，提供了一种Toric IOL的屈光度计算方法，所述方法包括：通过医生提供的SIA计算制作角膜切口后，角膜前表面切向曲率的变化，获得角膜前表面平轴和陡轴的切向曲率；角膜前表面平轴和陡轴切向曲率计算角膜前表面平轴和陡轴曲率半径，角膜后表面平轴和陡轴切向曲率计算角膜后表面平轴和陡轴曲率半径；进一步根据平轴和陡轴前、后表面的曲率半径及角膜厚度、前房深度、眼轴长度、人工晶体参数、预留屈光度，计算平轴和陡轴前表面入射光、出射光的焦距，后表面入射光、出射光的焦距，及人工晶体入射光的焦距，从而计算所需IOL平轴和陡轴的屈光度。

进一步地，所述Toric IOL参数包括：球镜屈光度、柱镜屈光度、柱镜屈光度所在轴位、术后预估等效球镜度。

进一步地，所述方法包括如下步骤：

步骤S1，确定Toric IOL A常数及预留屈光度；

步骤S2，根据预留屈光度，计算角膜前表面的入射光焦距

步骤S3，根据全角膜屈光力图选择待计算的平轴所在光学路径；

步骤S4，根据全角膜屈光力图选择与平轴所在光学路径点及角膜顶点所在直线垂直相交且过角膜顶点所在直线上低曲率点，作为待计算的陡轴所在光学路径；

步骤S5，根据角膜平轴和陡轴的切向曲率及所在轴位，在医生输入自己的SIA后(SIA依医生手术切口制作的长度及所在角膜轴位而有所区别，每个医生有自己的SIA)，计算制作角膜切口后的角膜平轴和陡轴的切向曲率及所在轴位；

步骤S6，通过三维眼前节分析系统和光学生物测量系统获取所需基础数据；

步骤S7，通过所述角膜前表面平轴和陡轴切向曲率计算角膜前表面平轴和陡轴曲率半径；

步骤S8，根据光线经过角膜前表面平轴和陡轴的折射，计算平轴和陡轴出射光焦距；

步骤S9，根据光线经过角膜后表面平轴和陡轴的折射，计算出角膜后表面平轴和陡轴的入射光焦距；

步骤S10，使用角膜后表面平轴和陡轴切向曲率计算角膜后表面平轴和陡轴曲率半径；

步骤S11，经过角膜后表面平轴和陡轴折射后，计算平轴和陡轴2nd折射面的出射光焦距；

步骤S12，根据前房深度、自然晶体厚度、Toric IOL A常数计算晶体置换后人工晶体所在位置，即有效晶体位置(Effective Lens Position,ELP)

步骤S13，经过Toric IOL折射时，依ELP计算出Toric IOL折射面平轴和陡轴的入射光焦距

步骤S14，根据平轴和陡轴光线最后需共同聚焦于视网膜同一点上，计算ToricIOL折射面的出射光焦距；

步骤S15，计算所需植入的Toric IOL平轴和陡轴的屈光度及平轴和陡轴所在轴位。

进一步地，所述步骤S3中选择待计算的光学路径，具体为，在瞳孔和角膜顶点为中心3mm所在共同区域内，找到全角膜屈光力图中屈光力最小的区域，选取所述屈光力最小区域的中央点，将所述中央点作为待计算的光学路径平轴点及平轴所在轴位，同上描述获得陡轴点及陡轴所在轴位。

进一步地，所述步骤S5中SIA为医生根据手术习惯提供的数据，所述制作角膜切口后的角膜平轴和陡轴的切向曲率及所在轴位，通过公式(1)计算：

式(1)中，A为原始角膜的散光量，α为原始角膜的散光所在轴位；

A₁和α₁为SIA引起散光变化量及改变量所在轴位；

A₂和α₂为制作角膜切口后的角膜散光量及平轴所在轴位；

制作角膜切口后的陡轴所在轴位即为90+α₂；

因为角膜切口均为单轴向的单切口，因此制作角膜切口前后角膜等效屈光度不变，可依此获得制作角膜切口后平轴切向曲率，即原始角膜平轴和陡轴的切向曲率平均值-A₁/2；制作角膜切口后陡轴切向曲率，即原始角膜平轴和陡轴的切向曲率平均值+A₁/2；

进一步地，所述步骤S6中所述基础数据包括：角膜厚度CT、前房深度ACT、角膜前表面平轴和陡轴切向曲率K_f、角膜后表面平轴和陡轴切向曲率K_b、眼轴长度AL、自然晶体厚度LT。

进一步地，所述角膜前表面切向曲率图和角膜屈光力图，及所述角膜厚度、前房深度、角膜前表面平轴和陡轴切向曲率、角膜后表面平轴和陡轴切向曲率、眼轴长度，通过三维眼前节分析系统和光学生物测量系统进行测量。

进一步地，所述步骤S7中计算角膜曲率半径，进一步地，通过公式(2)计算：

式(2)中，R_f为角膜前表面平轴和陡轴曲率半径，N为三维眼前节分析系统使用的固定屈光指数1.3375，n₁为空气屈光指数1.000，K_f为角膜前表面平轴和陡轴切向曲率；

所述步骤S8中计算出射光焦距，通过式(3)计算：

式(3)中，S₂为1st折射面平轴和陡轴的出射光焦距，n₂为角膜屈光指数1.376，n₁为空气屈光指数1.000，R_f为角膜前表面平轴和陡轴曲率半径，S₁为角膜前表面折射面的入射光焦距。

进一步地，所述步骤S9中计算角膜后表面平轴和陡轴的入射光焦距，进一步为，通过式(4)计算：

式(4)中，S₃为角膜后表面折射面的入射光焦距，S₂为角膜前表面折射面的出射光焦距，CT为角膜厚度，因为虚像，所以S₂取相反数；

所述步骤S10中计算角膜后表面平轴和陡轴的曲率半径，通过式(5)计算：

式(5)中，R_b为角膜后表面曲率半径，n₂为角膜屈光指数1.376，n₃为房水屈光指数1.336，K_b为角膜后表面切向曲率；

所述步骤S11中计算角膜后表面平轴和陡轴的出射光焦距，通过式(6)进行计算：

式(6)中，S₄为角膜后表面折射面的出射光焦距，S₃为角膜后表面折射面的入射光焦距。

进一步地，所述步骤S13中的人工晶体入射光焦距通过式(7)进行计算：

式(7)中，S₅为人工折射面的入射光焦距；

所述步骤S14中的人工晶体出射光焦距通过式(8)进行计算：

式(8)中，S₆为人工晶体折射面的出射光焦距，AL为眼轴长度，CT为角膜厚度，AC为前房深度，LT为晶体厚度，A常数为人工晶体厂家提供的参数；

所述步骤S15中所需植入的人工晶体的屈光度通过式(9)进行计算：

式(9)中，n₃为房水屈光指数1.336，n₄为玻璃体屈光指数1.336，S₅为人工晶体折射面的入射光焦距，A常数为厂家提供参数。

所述步骤S15中所需植入的Toric IOL平轴和陡轴所在轴位同前。

本发明实施例具有如下有益效果：

本发明实施例的人工晶体屈光度的计算方法，通过将角膜前表面切向曲率和角膜后表面切向曲率引入人工晶体屈光度的计算中，同时所使用的切向曲率来自角膜地形图获得的较小屈光力区域，利用前房深度、晶体厚度、晶体前后囊膜固有形态比例、人工晶体A常数，预估有效晶体位置，并依据全眼各屈光介质折光系数和所在位置进行系统计算，有效提高了人工晶体屈光度的计算精度，且具有统计学差异。

附图说明

图1为现有技术中眼睛屈光原理示意图；

具体实施方式

通过参考示范性实施例，本发明技术问题、技术方案和优点将得以阐明。然而，本发明并不受限于以下所公开的示范性实施例；可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本发明的具体细节。

图1是现有技术中眼睛屈光原理示意图。如图1所示，眼睛的视网膜上有一个直径约0.25mm的解剖区域名为中心凹，即图中AB在视网膜上所成倒立像的A′B′位置所在处，是视网膜中视觉最为灵敏的区域。视物时，由于眼球的转动，会使得中心凹总是正对视物目标。当光线经过眼内一系列解剖结构并准确聚焦在中心凹时，才能获得清晰的图像。例如，白内障手术中，将混浊的晶状体吸出体外，由于多数人均存在角膜散光，为了获得更好的视觉质量植入散光型人工晶体，替代原始晶状体的部分折光作用。其中植入散光型人工晶体的屈光度大小直接影响到光线的聚焦位置，而准确的散光型人工晶体计算公式，可以使散光型人工晶体植入后的光线，准确聚焦在中心凹或附近位置，达到术前期望。

本发明提出了一种散光型人工晶体的屈光度计算方法，所述方法通过ZZ散光型人工晶体屈光度计算公式(ZZ TIOL FORMULA)得以实现。优选的，本发明实施例的所述基于ZZTIOL FORMULA的散光型人工晶体屈光度计算方法，通过将光线的全部折射路径分段计算完成。下面通过具体的实施例对本发明的散光型人工晶体屈光度计算方法进行说明。

实施例Step 1

基础数据获取

晶体选择，确定出厂A常数：A＝119.8

临床确定术后预留屈光度：Post D＝0

角膜地形图检查数据：CT＝544，AC＝1.94，Kf1＝42.30，Kb1＝6.37，Axis1＝90，Kf2＝44.57，Kb2＝6.42，CT：角膜厚度，AC：前房深度，Kf1：角膜前表面平轴曲率，Kb1：角膜后表面平轴曲率，Axis1：角膜前表面平轴轴位，Kf2：角膜前表面陡轴曲率，Kb2：角膜后表面陡轴曲率，生物测量检查数据：AL＝22.31，LT＝4.50，AL：眼轴长度，LT：晶状体厚度，手术切口位置，确定术源性散光量：SIA＝0.50，SIA Axis＝150，

常数：角膜屈光指数：1.376，房水屈光指数：1.336

应用公式

公式1：K2-K1＝Cyl，Cyl Axis＝Axis1±90

K2：陡轴

K1：平轴

Axis 1：平轴轴位

Cyl：散光量

Cyl Axis：散光轴位

公式2：

公式3：

公式4：

公式2,3,4：为两散光量的差值公式

散光量A，轴位α与散光量A1，轴位α1做差后可得球镜B2，散光量A2，轴位α2

公式5：

SIA Kf1：术源性散光后角膜前表面平轴曲率

公式6：

SIA Kf2：术源性散光后角膜前表面陡轴曲率

公式7：

R：曲率半径

K：曲率

n2：折射后介质屈光指数

n1：折射前介质屈光指数

公式8：

D：屈光度

S：空气中该屈光度的焦点距离

公式9：

折射的焦距公式

公式10：

n3：房水屈光指数

步骤二：

应用公式1计算角膜散光量和轴位，Cyl 1＝Kf2-Kf1＝2.27，Cyl 1Axis＝Axis 1+90＝180

步骤三：

应用公式2,3,4计算原角膜散光，引入术源性散光后的角膜散光和轴位：

即，散光量Cyl 1，轴位Cyl 1Axis减去散光量SIAD，轴位SIA Axis

切口不会引入球镜，B2＝0

故，新散光量B2＝0，Cyl 2＝2.07，轴位Cyl 2Axis＝6

步骤四：

根据新散光量和轴位，获得术源性散光后角膜平轴曲率和轴位，陡轴曲率和轴位

应用公式5计算平轴曲率和轴位，SIA Kf1＝42，SIA Kf1 Axis＝Cyl 2Axis+90＝96

应用公式6计算陡轴曲率和轴位，SIA Kf2＝44，SIA Kf2 Axis＝Cyl 2Axis＝6

步骤五：

应用公式7计算角膜前表面曲率半径：Rf1＝0.3375/SIA Kf1＝0.008，Rf2＝0.008

角膜后表面曲率半径：Rb1＝(1.376-1.336)/Kb1＝0.006，Rb2＝0.006

步骤六：

应用公式8计算预留屈光度下的焦点距离：S1＝10000

步骤七：

应用公式9计算角膜前表面平轴折射后出射光焦距：S21＝0.029

角膜前表面陡轴折射后出射光焦距：S22＝0.028

步骤八：

角膜前表面折射后，光线在角膜内前行，并在角膜后表面发生第二次折射已知角膜厚度，可得角膜后表面平轴入射焦距约为：S31＝-S21+CT/1000000＝-0.03角膜后表面陡轴入射焦距约为：S32＝-S22+CT/1000000＝-0.03

步骤九：

应用公式9计算角膜后表面平轴折射后出射光焦距：S41＝0.032

角膜后表面陡轴折射后出射光焦距：S42＝0.03

步骤十：

推算有效晶体位置与视网膜距离：S6＝AL/1000-CT/1000000-AC/1000-2.7×LT/10000+(0.1189-A/1000)×0.58＝0.018

步骤十一：

推算平轴光线在晶体面入射光焦距S51＝-S41+AC/1000+2.7×LT/10000-(0.1189-A/1000)×0.58＝-0.03

推算陡轴光线在晶体面入射光焦距S52＝-S42+AC/1000+2.7×LT/10000-(0.1189-A/1000)×0.58＝-0.03

步骤十二：

应用公式10计算平轴光线所需晶体屈光力：IOL1＝26.74

陡轴光线所需晶体屈光力：IOL2＝23.72

步骤十三：

计算IOL晶体参数

IOL SE＝(IOL1+IOL2)/2＝25.23，IOL Cyl＝IOL1-IOL2，IOL Axis＝Cyl 2Axis＝6

手术选择IOL，25.5D，术后验光±0，误差＜0.50

目前国际上常用的Higis-L公式，计算IOL SE＝22.3，误差＞1D

Barrett True K公式，计算IOL SE＝23.6，误差＞1D

Ray-Tracing公式，计算IOL SE＝24.4，误差＞0.5D

因此，ZZ TIOL可准确预估人工晶体屈光度，且具有临床显著优势。

Claims

1.一种Toric IOL的屈光度计算方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：通过医生提供的SIA计算制作角膜切口后，角膜前表面切向曲率的变化，获得角膜前表面平轴和陡轴的切向曲率；角膜前表面平轴和陡轴切向曲率计算角膜前表面平轴和陡轴曲率半径，角膜后表面平轴和陡轴切向曲率计算角膜后表面平轴和陡轴曲率半径；进一步根据平轴和陡轴前、后表面的曲率半径及角膜厚度、前房深度、眼轴长度、人工晶体参数、预留屈光度，计算平轴和陡轴前表面入射光、出射光的焦距，后表面入射光、出射光的焦距，及人工晶体入射光的焦距，从而计算所需IOL平轴和陡轴的屈光度。

2.如权利要求1所述的方法，其中，进一步地，所述人工晶体参数包括：球镜屈光度、柱镜屈光度、柱镜屈光度所在轴位、术后预估等效球镜度。

3.如权利要求1所述的方法，其中，所述方法包括如下步骤：

步骤S1，确定Toric IOL A常数及预留屈光度；

步骤S2，根据预留屈光度，计算角膜前表面的入射光焦距；

步骤S5，根据角膜平轴和陡轴的切向曲率及所在轴位，输入SIA后，计算制作角膜切口后的角膜平轴和陡轴的切向曲率及所在轴位；

步骤S12，根据前房深度、自然晶体厚度、Toric IOL A常数计算晶体置换后人工晶体所在位置，即有效晶体位置(Effective Lens Position,ELP)；

步骤S13，经过Toric IOL折射时，依ELP计算出Toric IOL折射面平轴和陡轴的入射光焦距；

步骤S14，根据平轴和陡轴光线最后需共同聚焦于视网膜同一点上，计算Toric IOL折射面的出射光焦距；

4.如权利要求3所述的方法，其中，所述步骤S3中选择待计算的光学路径，具体为，在瞳孔和角膜顶点为中心3mm所在共同区域内，找到全角膜屈光力图中屈光力最小的区域，选取所述屈光力最小区域的中央点，将所述中央点作为待计算的光学路径平轴点及平轴所在轴位，同上描述获得陡轴点及陡轴所在轴位。

5.如权利要求3所述的方法，其中，所述步骤S5中SIA为医生根据手术习惯提供的数据，所述制作角膜切口后的角膜平轴和陡轴的切向曲率及所在轴位，通过公式(1)计算：

A₁和α₁为SIA引起散光变化量及改变量所在轴位；

A₂和α₂为制作角膜切口后的角膜散光量及平轴所在轴位。

6.如权利要求3所述的方法，其中，所述步骤S6中所述基础数据包括：角膜厚度CT、前房深度ACT、角膜前表面平轴和陡轴切向曲率K_f、角膜后表面平轴和陡轴切向曲率K_b、眼轴长度AL、自然晶体厚度LT。

7.如权利要求6所述的方法，其中，所述角膜前表面切向曲率图和角膜屈光力图，及所述角膜厚度、前房深度、角膜前表面平轴和陡轴切向曲率、角膜后表面平轴和陡轴切向曲率、眼轴长度，通过三维眼前节分析系统和光学生物测量系统进行测量。

8.如权利要求3所述的方法，其中，所述步骤S7中计算角膜曲率半径，进一步地，通过公式(2)计算：

式(2)中，R_f为角膜前表面平轴和陡轴曲率半径，N为三维眼前节分析系统使用的固定屈光指数1.3375，n₁为空气屈光指数1.000，K_f为角膜前表面平轴和陡轴切向曲率。

9.如权利要求3所述的方法，其中，所述步骤S8中计算出射光焦距，通过式(3)计算：

其中，式(3)中，S₂为折射面平轴和陡轴的出射光焦距，n₂为角膜屈光指数1.376，n₁为空气屈光指数1.000，R_f为角膜前表面平轴和陡轴曲率半径，S₁为角膜前表面折射面的入射光焦距。

10.如权利要求3所述的方法，其中，所述步骤S9中计算角膜后表面平轴和陡轴的入射光焦距，进一步为，通过式(4)计算：

式(4)中，S₃为角膜后表面折射面的入射光焦距，S₂为角膜前表面折射面的出射光焦距，CT为角膜厚度，因为虚像，所以S₂取相反数。