光学治疗区偏心对角膜塑形镜配戴后角膜高阶像差及眼轴发育的影响
李晓柠, 王琳琳, 陈兆, 杨智宽
437000 咸宁,湖北科技学院爱尔眼视光学院(李晓柠、陈兆、杨智宽);410015 长沙,中南大学爱尔眼科学院(李晓柠、王琳琳、陈兆、杨智宽);410015 长沙,湖南爱尔眼视光研究所(李晓柠、陈兆、杨智宽)
通讯作者:杨智宽,Email:13380071988@189.cn
摘要

目的:研究角膜塑形镜戴镜后光学治疗区偏心状态对近视儿童角膜高阶像差及眼轴发育的影响。方法:前瞻性临床研究。选取8~14岁接受角膜塑形术的近视儿童20例(40眼),测量戴镜前,戴镜后1周、6个月及1.5年角膜地形图、角膜高阶像差和眼轴。比较角膜塑形镜戴镜后光学治疗区不同偏心状态各时间点角膜高阶像差的变化,分析戴镜后光学治疗区偏心状态与眼轴变化值的相关性。采用重复测量方差分析、Pearson相关性分析和配对 t检验进行数据分析。结果:角膜塑形镜戴镜后光学治疗区中心主要呈颞下方向的中度偏心(0.5~1.0 mm),各时间点偏心距离差异无统计学意义。角膜塑形镜戴镜后角膜总高阶像差、总三阶像差、总彗差均较术前显著增加( F=4.491、5.297、2.927,均 P< 0.05)。戴镜后1.5年,偏心距离与角膜各像差变化值无相关性。戴镜后1.5年,眼轴较戴镜前显著延长( t=-0.725, P < 0.05),但眼轴变化值与偏心距离不相关。结论:角膜塑形镜戴镜后光学中心偏心距离在戴镜后1周达到稳定并可引起戴镜后早期角膜高阶像差增加,但在戴镜1.5年后光学治疗区中心偏心程度对眼轴发育无影响。

关键词: 角膜塑形术; 近视; 偏心; 角膜高阶像差; 眼轴
Influence of Treatment Zone Decentration on Corneal Higher-order Wavefront Aberrations and Axial Length Elongation after Orthokeratology
Xiaoning Li1,2,3, Linlin Wang2, Zhao Chen1,2,3, Zhikuan Yang1,2,3
1Aier School of Optometry, Hubei University of Science and Technology, Xianning 437000, Chin
2Aier School of Ophthalmology, Central South University, Changsha 410015, China
3Aier Institute of Optometry & Vision Science, Changsha 410015, China
Corresponding author: Zhikuan Yang, Aier School of Optometry, Hubei University of Science and Technology, Xianning 437000, China; Aier School of Ophthalmology, Central South University, Changsha 410015, China; Aier Institute of Optometry & Vision Science, Changsha 410015, China (Email: 13380071988@189.cn)
Abstract

Objective: To study the dynamic effects of treatment zone decentration on corneal higher-order wavefront aberrations and axial length elongation after orthokeratology.Methods: This prospective study assessed corneal topography and wavefront aberrations before orthokeratology treatment and at 1 week, 6 months, and 1.5 years after overnight orthokeratology lens wear. Axial length elongation was evaluated before and after 1.5 years of treatment. Data were analyzed using Pearson correlation, repeated measurements ANOVA and paired ttests.Results: Decentration was located mainly in the inferior temporal quadrant. The magnitudes of decentration at 1 week, 6 months, and 1.5 years after orthokeratology were located principally within 0.5-1.0 mm. There were no significant differences in the decentration magnitudes at the different follow-up visits after orthokeratology. The root mean squares (RMS) of the total corneal higher-order aberration, third-order aberration, and coma-like aberration were significantly increased by orthokeratology at 1 week, 6 months, and 1.5 years ( F=4.491, 5.297, 2.927, P<0.05). Changes of aberrations were not correlated with the decentration at 1.5 years after orthokeratology. Axial length elongation was increased significantly at 1.5 years after orthokeratology ( t=-0.725, P<0.05), but there was no significant correlation with the decentration.Conclusions: Decentration of the treatment zone became stable 1 week after orthokeratology, and it increased the corneal higher-order aberrations at an early stage. However, orthokeratology-induced decentration had no effect on axial length elongation up to 1.5 years.

Keyword: orthokeratology procedures; myopia; decentration; corneal higher-order aberrations; axial length

角膜塑形术主要是通过配戴角膜塑形镜使角膜暂时性变平以达到非手术方法矫正近视的目的, 是目前临床证实的、可有效控制青少年近视进展的方法之一[1, 2], 但角膜塑形镜戴镜后视觉质量相关并发症在临床工作中并不少见, 如裸眼视力达到正常, 却有虚影、视物模糊等主观症状。而光学治疗区偏离瞳孔中心可能是戴镜后视觉质量下降的主要原因[3]。有文献报道, 角膜塑形镜戴镜后人眼角膜[4]和全眼[5]高阶像差显著增加, 而全眼高阶像差增加与眼轴增长变化值间显著相关[6]。但目前关于角膜塑形镜戴镜后光学治疗区中心偏心状态与眼轴增长变化值的相关性研究较少。本研究旨在了解角膜塑形镜戴镜后光学治疗区中心偏心状态与角膜高阶像差的动态变化及相互关系, 偏心状态与眼轴增长变化值的相互关系, 探讨角膜塑形术后光学治疗区偏心状态对角膜高阶像差及眼轴发育的影响。

1 对象与方法
1.1 对象

选取2013年2月至2016年4月在长沙爱尔眼科医院验配角膜塑形镜的近视儿童作为研究对象。入选标准:①年龄6~14岁; ②无角膜塑形镜戴镜史, 且参加本研究前至少3周未配戴过任何角膜接触镜; ③无眼部及全身系统性疾病; ④单眼最佳矫正视力(LogMAR)均优于0.0; ⑤无斜视; ⑥等效球镜度(SE)-6.75~-0.75 D; ⑦顺规散光≤ 1.25 D, 逆规散光≤ 0.75, 且散光度≤ 1/2球镜度; ⑧双眼屈光度相差≤ 1.00 D。共20例近视儿童入选, 其中男12例, 女8例。所有入选对象均签署知情同意书, 本研究已通过中南大学爱尔眼科学院伦理委员会论证。

1.2 方法

1.2.1 角膜塑形镜验配方法及镜片材料选择 所有入选受检者在验配角膜塑形镜前均需接受视力、眼前后段、眼压、电脑验光和综合验光、眼轴测量(IOL-Master 500, 德国Zeiss公司)、角膜曲率、角膜地形图及角膜像差测量(Pentacam HR70900, 德国Oculus公司), 以排除角膜塑形镜验配禁忌证并获得屈光状态和最佳矫正视力。验配过程中根据角膜曲率参数选择试戴镜片, 试戴30 min后进行裂隙灯显微镜下配适评估, 选择最佳配适镜片后进行戴镜验光并确定镜片处方。自研究开始配戴定制片后至研究结束的全部观察期内, 受检者需连续戴镜且每晚戴镜至少8 h以上。本研究所选用的角膜塑形镜均为夜戴型角膜塑形镜片(HL Ortho-K, 中国台湾亨泰公司), 采用内表面4弧反转几何设计, 镜片材料为Boston Equalens II, 镜片直径10.00~11.00 mm, DK值为100× 10-11(cm2/s) (mlO2/ml· kPa-1)。

1.2.2 随访时间及随访内容 受检者于戴镜后1周复查, 此后每3个月随访1次, 直至研究结束, 共随访1.5年。复查内容包括:矫正视力、眼前节健康(并监测不良反应)、镜片配适评估、眼轴测量、角膜地形图及角膜像差检查。所有检查均在早上摘镜后2~4 h内进行。

1.2.3 角膜中央光学治疗区偏心程度的测量 每眼连续测量3次后选取成像质量最佳且注视良好的角膜地形图进行数据录入。光学治疗区偏心距离的测量参照文献[7]报道的方法, 用Matlab软件(Matlab, 美国MathWorks Inc)在切向屈光度差异图划定角膜光学治疗区范围并测量偏心程度。具体方法如下:①光学治疗区范围的界定:分别选取戴镜后1周、6个月、1.5年的角膜地形图, 与戴镜前角膜地形图对比, 在角膜前表面切向屈光度差异图中移动光标选取至少16个屈光度相等的标记点(误差控制在± 0.1 D范围以内, 每象限各取4点)以圈定光学治疗区范围。②光学治疗区中心的确定:Matlab软件自动生成模拟不规则圆形并确定光学治疗区中心坐标。③光学治疗区偏心距离的计算:根据公式计算出光学治疗区中心相对瞳孔中心的偏心距离, 包括水平偏心距离(x'=x2-x1, x'为水平偏心距离, x1为瞳孔水平坐标, x2为光学治疗区中心水平坐标)、垂直偏心距离(y'=y2-y1, y'为垂直偏心距离, y1为瞳孔垂直坐标, y2为光学治疗区中心垂直坐标)和总偏心距离($d=\sqrt{{(x')^2}+{(y')^2}}$, d为总偏心距离)。

为评估光学治疗区偏心距离测量方法的重复性, 本研究随机选取10只眼的角膜地形图(切向屈光度图), 先由1位操作者根据上文描述的方法对角膜地形图进行偏心范围的测量, 重复3次, 随后再由另外2位操作者对同一角膜地形图偏心范围进行1次测量。根据测量结果计算相应总偏心距离。将各平行测量获得的总偏心距离(重复3次的第1位操作者测量值取第1次数值)汇总后计算相对标准偏差(Relative standard deviation, RSD)值。

1.2.4 角膜像差的测量 采用Pentacam HR70900眼前节全景分析仪(Pentacam HR70900, Oculus, 德国)测量暗室条件下、自然瞳孔状态下(4 mm)的角膜高阶像差数据, 包括总高阶像差、总三阶像差、总三叶草差、总彗差、水平彗差、垂直彗差以及球差。像差的大小以均方根值(Root mean square, RMS)表示。

1.3 统计学方法

前瞻性临床研究。所有数据均采用SPSS 20.0统计软件进行数据分析。偏心距离和像差在戴镜前及戴镜后各时间点的比较采用重复测量方差分析; 眼轴在戴镜前及戴镜后1.5年的差异采用配对t检验进行比较; 戴镜后各时间点偏心距离与戴镜前SE、散光量的相关性, 各时间点偏心距离与各角膜高阶像差的相关性, 戴镜后1.5年偏心距离与眼轴长度变化值的相关性均采用Pearson相关性分析。以P < 0.05为差异有统计学意义。

2 结果
2.1 一般情况

本研究纳入的20例(40眼)受检者均完成随访, 年龄8~14岁, 平均(11.4 ± 1.9)岁。SE-1.50~-6.38 D, 平均(-3.55 ± 1.03)D。眼轴长度23.91~26.44 mm, 平均(25.24 ± 0.71)mm。入选受检者矫正视力(LogMAR)均优于0.0。受检者均配合完成全部3次数据采集, 且随访期间所有受检者均未出现角膜浸润、角膜感染等严重角膜塑形术相关并发症。

2.2 偏心距离及偏心方位在各时间点的分布情况及重复测量分析

本研究中光学治疗区总偏心距离测量方法的重复性以RSD值表示。同一操作者测量结果的RSD值最高为6.93%, 不同操作者测量结果的RSD值最高为7.69%。均具有较好的重复性。

将偏心程度按以往文献报道的方法分为四级[8]。在戴镜后1周时偏心距离0.5~1.0 mm共24眼(60%), 仅5眼偏心距离> 1.0 mm(12%)。随时间延长至戴镜后6个月, 9眼(22%)偏心距离< 0.5 mm, 偏心距离为0.5~1.0 mm共20眼(50%), 偏心距离为1.0~1.5 mm共11眼(28%)。至戴镜后1.5年, 偏心距离> 1.0 mm共6眼(18%), 偏心距离< 0.5 mm共5眼(12%), 此时主要偏心距离为0.5~1.0 mm(共29眼, 72%), 其余各偏心程度眼数与戴镜后1周时的分布相似。在3个时间点, 偏心方位主要集中在颞下象限, 而鼻下象限分布较少, 双眼偏心方位的分布基本对称。见图1。

图1. 角膜塑形镜配戴后各时间点光学治疗区偏心距离和方位分布图
A、B:配戴角膜塑形镜后1周右眼和左眼光学治疗区偏心情况; C、D:配戴角膜塑形镜后6个月右眼和左眼光学治疗区偏心情况; E、F:配戴角膜塑形镜后1.5年光学治疗区右眼和左眼偏心情况
Figure 1. Decentration of treatment area at different time points after orthokeratology.
A-B: Decentration of treatment area for right eyes and left eyes 1 week after orthokeratology. C-D: Decentration of treatment area for right eyes and left eyes 6 months after orthokeratology. E-F: Decentration of treatment area for right eyes and left eyes 1.5 years after orthokeratology.

对偏心距离各时间点的重复测量方差分析显示, 戴镜后1周、6个月、1.5年各时间点的总偏心距离和垂直偏心距离差异均无统计学意义。水平偏心距离在戴镜后6个月显著增加(F=3.877, P= 0.025)。见表1

表1 角膜塑形镜配戴后各时间点偏心距离 Table 1 Decentration at different times after orthokeratology
2.3 偏心距离与戴镜前屈光度、散光度的相关性分析

戴镜后1周、6个月、1.5年各时间点的总偏心距离、水平偏心距离和垂直偏心距离与术前SE、散光度均不相关。

2.4 戴镜前、后各时间点角膜高阶像差重复测量方差分析

戴镜前、后各时间点重复测量方差分析显示, 角膜总高阶像差、总三阶像差和总彗差均较戴镜前显著增加(F=4.491、5.297、2.927, 均P < 0.05)。戴镜后1周、6个月、1.5年3个时间点间的角膜总高阶像差、总三阶像差和总彗差差异均无统计学意义。戴镜后1周角膜总高阶像差、总三阶像差和总彗差均较术前显著增加, 在戴镜后6个月和戴镜后1.5年维持稳定。总三叶草差、水平彗差、垂直彗差和球差在戴镜前、后各时间点差异均无统计学意义, 见图2。

图2. 戴镜前后各时间点角膜总高阶像差变化
角膜塑形镜配戴后各时间点角膜总高阶像差、总三阶像差和总彗差均较术前显著增加(F=4.491、5.297、2.927, P值均< 0.05)
Figure 2. Comparison of corneal higher-order aberrations at different time points before and after orthokeratology.
Both total higher-order, third-order, and coma-like aberrations increased sign-ificantly after orthokeratology (F=4.491, 5.297, 2.927, P< 0.05). RMS, root mean square.

2.5 偏心距离与戴镜后各时间点各角膜高阶像差变化值的相关性分析

戴镜后1周, 总偏心距离分别与角膜总高阶像差变化值、总三阶像差变化值呈正相关(r=0.407、0.477, P < 0.05), 见图3A-B; 与总三叶草差、总彗差、水平彗差、垂直彗差和球差变化值均无相关性。水平偏心距离与角膜总高阶像差变化值、总三阶像差变化值呈正相关(r=0.503、0.591, P < 0.05), 见图3C-D; 与总三叶草差、总彗差、水平彗差、垂直彗差和球差变化值均无相关性。垂直偏心距离与角膜总高阶像差、总三阶像差、总三叶草差、总彗差、水平彗差、垂直彗差和球差变化值均无相关性。戴镜后6个月, 垂直偏心距离与角膜总彗差变化值呈正相关(r=0.342, P < 0.05), 与角膜总高阶像差、总三阶像差、总三叶草差、水平彗差、垂直彗差和球差变化值均无相关性。总偏心距离、水平偏心距离与角膜总高阶像差、总三阶像差、总三叶草差、总彗差、水平彗差、垂直彗差和球差变化值均无相关性(见图4)。戴镜后1.5年, 总偏心距离、水平偏心距离、垂直偏心距离与角膜总高阶像差、总三阶像差、总三叶草差、总彗差、水平彗差、垂直彗差和球差变化值均无相关性。

图3. 戴镜后1周, 角膜光学治疗区偏心距离与角膜各像差变化值相关性散点图
A-B:总偏心距离与总高阶像差变化值(A:r=0.407, P=0.009)、总三阶像差变化值(B:r=0.477, P =0.002)显著相关; C-D:水平偏心距离与总高阶像差变化值(C:r=0.503, P< 0.001)、总三阶像差变化值(D:r=0.591, P < 0.001)显著相关
Figure 3. Scatterplots of decentration and the change in corneal higher-order aberrations 1 week after orthokeratology.
A-B: Total decentration was significantly correlated with the change of total higher-order aberration (A: r=0.407, P=0.009) and with the change of third-order aberration (B: r=0.477, P=0.002); C-D: Horizontal decentration was significantly correlated with the change of total-order aberration (C: r=0.503, P< 0.001) and with the change in third-order aberration (D: r=0.591, P< 0.001).

图4. 戴镜后6个月角膜光学治疗区偏心距离与角膜彗差相关性散点图
垂直偏心距离与总彗差变化值间显著性相关(r=0.342, P=0.031)
Figure 4. Scatterplot of vertical decentration and the change in coma-like aberration 6 months after orthokeratology.
Vertical decentration was significantly correlated with the change in coma-like aberration (r=0.342, P=0.031).

2.6 戴镜前、后眼轴长度变化值及偏心距离、像差变化值与眼轴变化值的相关性分析

戴镜后1.5年眼轴从戴镜前的(25.24 ± 0.71)mm增长至(25.43 ± 0.69)mm, 较戴镜前显著增长(0.20 ± 0.17)mm(t=-0.725, P < 0.05)。戴镜后1.5年眼轴变化值与总偏心距离、水平偏心距离、垂直偏心距离均无相关性, 角膜各像差变化值与眼轴变化值间均无相关性。见图5。

图5. 戴镜后1.5年眼轴变化值与偏心距离、角膜像差变化值相关性分析散点图
A-F:眼轴变化值与总偏心距离、水平偏心距离、垂直偏心距离、总高阶像差变化值、总三阶像差、总彗差变化值均不相关
Figure 5. Scatterplots of axial length elongation, decentration, and the change in corneal higher-order aberrations at 1.5 years after orthokerattology lens wear.
A-F: Axial length elongation was not correlated with total decentration, horizontal decentration, vertical decentration, change of total higher-order aberration, third-order aberration, or change of coma-like aberration.

3 讨论

目前关于角膜塑形镜戴镜后光学治疗区偏心对视觉质量和眼轴发育影响的长期观察结果较少报道。本研究参考以往文献报道的方法测量角膜塑形镜戴镜后光学治疗区的偏心程度并发现该测量方法的重复性较好。本研究根据文献报道的方法对光学治疗区偏心程度进行分类[7, 8]。结果显示, 角膜塑形镜戴镜后1周、6个月、1.5年3个时间点的偏心距离以中度为主, 与Hiraoka等[7]结果相似, 但大于杨晓等[8]、陈岩等[9]所测得的偏心量。除偏心程度测量方法不同外, 可能与镜片直径大小不同有关。本研究所选镜片直径范围较大(10.0~11.0 mm), Hiraoka等[7]所用镜片以10.0 mm镜片为主, 杨晓等[8]、陈岩等[9]则以10.5~ 10.6 mm直径的镜片为主。杨晓等[8]认为, 角膜塑形镜的稳定性受镜片直径大小影响, 大直径镜片有助于减少偏心程度。此外, 本研究观察到, 偏心程度随时间延长而轻度增加, 但各时间点间总偏心距离和垂直偏心距离并无显著性差异, 但水平偏心距离在戴镜后6个月显著增加并达到峰值, 此后趋于稳定。这可能与戴镜后角膜上皮再分布随时间变化特点有关。角膜塑形镜戴镜后1周左右, 角膜上皮组织再分布达到稳态, 此后中央角膜上皮变薄和中周部角膜上皮增厚的程度无显著变化, 角膜形态逐渐趋于稳定[10]。因此, 戴镜后初期光学治疗区的偏心状态对戴镜后长期偏心状态具有重要的提示作用。

在本研究中戴镜后3个时间点均观察到角膜光学治疗区偏心方位主要分布在颞下象限。镜片偏心方位主要为下方象限的分布特点, 与Hiraoka等[7]观察结果一致。Hiraoka认为这种分布特点可能与Bell's现象有关, 此外我们推测镜片所受重力可能也是影响因素之一。而光学治疗区颞侧偏心的特点则可能与角膜形态有关。由于正常人眼角膜前表面形态为非对称球形, 颞侧角膜一般较鼻侧角膜更为陡峭[11], 因此, 角膜塑形术所使用的反转几何设计镜片更趋于向较为陡峭的颞侧象限偏心并达到稳定[8]

本研究在对角膜像差变化趋势的观察中发现, 戴镜后1周、6个月、1.5年角膜总高阶像差、总三阶像差、总彗差均较戴镜前显著增加, 与Hiraoka等[4]研究结果一致。同时我们也对戴镜后各时间点动态像差进行分析发现, 在戴镜后1周角膜像差达到最大值, 并在戴镜后6个月、1.5年维持稳定, 与陈岩等[9]研究结果一致。我们分析认为, 戴镜后早期角膜像差这种变化可能同样与戴镜后角膜上皮重塑的时间特点有关[10]。本研究中, 在戴镜后1周角膜总高阶像差变化值、总三阶像差变化值与角膜光学治疗区总偏心距离相关, 在戴镜后6个月角膜总彗差变化值与垂直偏心距离相关, 但在戴镜后1.5年偏心距离则与角膜各高阶像差变化值间均无相关性。根据Hiraoka等[7]观察, 戴镜后3个月的镜片偏心距离与全眼总三阶像差、总四阶像差变化值相关。Gifford等[12]比较戴镜后角膜高阶像差和全眼高阶像差的变化发现, 戴镜后1 d角膜像差和全眼像差的变化相似, 但到戴镜后7 d角膜像差的增加量显著高于全眼像差, 提示眼内像差也有所改变。因此, 我们认为戴镜后早期光学治疗区偏心距离与高阶像差相关是暂时现象。在戴镜较长时间后这种相关性消失, 可能与戴镜后角膜高阶像差达到稳定之后较长时间眼内像差继续变化, 并在一定程度上能够代偿角膜高阶像差变化对全眼像差的影响有关。但关于角膜塑形镜戴镜后长期全眼像差、角膜像差以及眼内像差变化的相互关系尚有待进一步研究证实。

根据以往文献报道, 与正视儿童相比, 近视儿童眼轴增长的速度明显较快。Jones等[13]比较7~12岁儿童近视眼眼轴增长速度发现, 近视儿童眼轴增长速度为0.28 mm/年, 显著高于正视儿童(0.12 mm/年)。本研究所有验配角膜塑形镜的受检者眼轴增长的平均速度为0.20 mm/年, 接近Hiraoka等[4]报道的0.23 mm/年的增长速度。可见虽然角膜塑形术无法使近视儿童的眼轴增长速度降低至与正视儿童持平, 但仍可有效减缓近视儿童的眼轴增长速度。在本研究中, 戴镜后1.5年眼轴变化值与光学治疗区偏心距离不相关。Hiraoka等[6]发现, 角膜塑形镜戴镜后1年, 眼轴变化值与全眼球差不相关, 但与全眼彗差显著相关。戴镜后形成中央扁平、周边陡峭的特征性角膜形态, 角膜的这种特征性形态在降低周边远视性光学离焦的同时可增加正球差[14], 但与周边远视性光学离焦信号相比, 角膜球差和全眼球差对眼轴发育的影响可能都较微弱, 并不能像周边远视性光学离焦信号那样延缓眼轴增长。有文献报道, 近视眼角膜屈光矫正术后, 即使全眼散光表现为逆规, 但角膜散光多为顺规且顺规组与逆规组角膜高阶像差值略有不同[15], 说明角膜与眼内像差可能存在补偿或叠加作用, 且与像差之间具有一定特异性关系。光学治疗区偏心引起的角膜总彗差增加可能部分或者全部被眼内像差代偿或叠加, 从而出现全眼像差与角膜像差变化及对眼轴发育影响的差异。

利益冲突申明 本研究无任何利益冲突

作者贡献声明 李晓柠:参与选题、设计及资料的分析和解释、撰写论文、根据编辑部的修改意见进行修改。王琳琳、陈兆:参与收集数据及统计分析。杨智宽:参与选题、设计、资料的分析和解释, 修改论文中关键性结果、结论, 根据编辑部的修改意见进行核修

The authors have declared that no competing interests exist.

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