作者：金色葡萄

准分子激光角膜屈光手术——问与答 系列

五. 手术能否治疗散光？

有人问是否能治疗散光。答案是：可以。以下就展开解释一下。

我们的眼睛就类似一个相机，质量很差的相机——是的，非常的差，根本就是临时凑合出来的。

理想状态下，眼睛可以把平行光聚焦到视网膜上形成一个点。如果学光学的同学较真的话，我们可以说，在有限直径的瞳孔下，由于衍射的影响，聚焦成Airy斑。

不过有些人的焦点在视网膜之前，于是他们需要在眼睛的光路上使光线稍微发散一些，将焦点后移到视网膜上，要使光路发散，一种是移近光源，一种是添加一块凹透镜。这种情况叫做近视。近视的人看近处清楚，看远处需要佩戴凹透镜作为近视眼镜。

另一类人，平行光通过他们的眼睛以后，焦点在视网膜之后，于是他们需要在眼睛的光路上使光线稍微汇聚一些，将焦点前移到视网膜上，要使光路汇聚，只有增加凸透镜。这种情况叫做远视。远视的人，看远是不清楚的，看近也是不清楚的，他们需要佩戴凸透镜作为远视眼镜。

远视眼中的一部分人，可以通过自己的调节（年轻人的调节力可以达到+3D以上，300度），增加自己晶状体的屈光力，相当于增加了一小块凸透镜，所以他们在很努力的情况下，也可以看清楚远处。注意：远视眼在放松的情况下看不清远处，使劲调节的情况下，有些远视眼可以看清楚远处。随着年龄的增大，调节力逐渐降低，他们也开始看不清了。有时可以听到有人抱怨自己年轻时视力如何如何好，年纪大一点就下降了。其实可能是调节力不足以应付他的远视了。

近视、远视，统称叫做离焦（defocus）。这都是发生在眼球是足够圆的前提之下，各个方向的屈光力是一致的。如果不一致呢？就出现了散光。我们可以试着想象一个椭球状的透镜，甚至极限情况，一个圆柱形的透镜，平行光在一个方向上被聚焦，在另一个方向上焦点却是不同的，形成了两组“焦线”。考验一下各位的空间想象力，能否想象出这样两个叠加聚焦的“光锥”，在两个“焦线”位置的中间，两个光锥恰好是最细的点，叫做最小弥散圈。这里就是相当于“焦点”的位置。

人眼毕竟是肉长的，其实很难做到各个方向角膜均匀一致，于是会有散光。多数人的散光很小，并不太影响视力。各方向差距比较大的，就是散光度数比较大的人，看东西的时候，会在某一个方向上相对清晰，而在另一个方向上是模糊的。

规则的散光，最大屈光轴与最小屈光轴互相垂直的那种，是可以用眼镜来矫正的，不精确的说，其实就是一个圆柱镜。增大或者减小某一个方向的屈光力，把“焦线”再缩成一个焦点。

在通过准分子激光手术矫正视力的时候，散光只不过是某一个方向的近视度数深一些，另一个方向的近视度数浅一些。只要按照所需要的屈光力依次切削就可以了。所以准分子激光手术也是可以矫正散光的。

六. 像差是什么？

再扩展一些，如果角膜连椭球体都不是。而是更为扭曲的曲面，那么使用近视、远视、散光也不足以描述了，使用球镜（近视镜、远视镜）和柱镜（散光镜）也不能够矫正。要描述这样的成像，需要借助光学中的“像差”的概念。

还记得中学时老师推导折射现象时使用的惠更斯原理么？把光“线”化成具有相同波阵面(wavefront)的波列。以波面的角度重新考虑平行光通过凸透镜聚焦的过程，其实是平面波通过透镜变成了球面波，然后球面波逐渐收缩成为为一个点。反过来，从一个点光源发出的光，是球面波，通过凸透镜以后，变成平面波。这是理想透镜。如果是个如同眼睛一般的劣质镜头，那么从点光源发出的光经过镜头以后，不再是一个平面波，而是曲面波，那么这个曲面和平面之间的差距，就是像差，wavefront aberration。注意：是“像差”而不是“相差”，相差说的是相位差，两者有关系，但意义不同。

眼睛成像的所有瑕疵都可以用像差来描述，其中能够用眼镜来矫正的近视、远视和散光，叫做低阶像差（Low order aberration），那些更为不规则的，则是高阶像差（High order aberration），就好象近视、散光等等每个人是不同的，每个人的像差也是不同的。

在进化LASIK的过程中，人们并不满足于使用准分子激光去矫正低阶像差，而且开始尝试去矫正不规则的高阶像差。方法有两类，一个是测量角膜的形态，使用的是角膜地形图，另一种是测量全眼球的像差。然后根据测量的数据，计算出切削区域中的每一个点各自需要切削掉的厚度，控制激光束实施“个体化切削”。那么一种是角膜地形图引导的Lasik，一种是像差引导的Lasik。其实两者殊途同归，最终目的都是尽可能消除整个眼睛的像差。

七、 非球面是什么？

在像差之中，有一个特殊的部分，叫做球差。球差的原因，是由于球面镜其实是不能将光线聚焦于一点的。有兴趣的同学，可以仅仅依靠折射定律n1 sin(a1)=n2 sin(a2)来推导一个球面镜接近光轴的光线的焦点，和远离光轴的光线焦点的公式。只有当入射角足够小，将sin(a)≈a的前提下，球面镜才把平行光聚焦在一点。

进一步的研究发现，角膜不但不是圆的，也不是球面的，角膜根本就是个非球面透镜，而且即使是正常人，也是“正球差”的透镜。而相对应的，眼睛内的另一块透镜——晶状体，是负球差的，在年轻的时候，两者互相抵消。整个眼睛是接近“0球差”的。这算不上什么鬼斧神工，而是正+正或者负+负的组合基本上视觉质量较差，比如守株待兔里撞在树上的那只，可能就是这种搭配。

所以在通过准分子激光“重塑”角膜表面的形态时，除了要考虑近视度数、散光以外，还要考虑到球差。仅仅考虑近视，切削相当于再造出一个球面镜，仅仅考虑近视+散光，要切削出球面镜+柱镜的组合，再加上球差的话，形态就更为复杂了。这种手术早已经超出了“手”能够控制的范围，尽量交给计算机来完成了。

八、瞳孔的影响不可小觑

在《激光手术矫正近视：一场世纪医疗骗局？》一文评论中，“打酱油的外星人”说“我……术后便出现明显的眩光，暗视力、动态视力、细微视力下降明显，直到现在都没能恢复，结果术后一周复查时才告诉我瞳孔过大，不适合做这个。”

评论中提到的种种不幸，基本上是由于瞳孔的原因引起的。

那么展开讨论一下瞳孔。

瞳孔是虹膜中央的窟窿。瞳孔的大小由虹膜来控制，虹膜的内圈是环形的括约肌，收缩的时候，瞳孔缩小，周边是近似放射状的开大肌，启动的时候，瞳孔放大。

瞳孔的大小是全自动的，我们无法通过自己的意识主动控制瞳孔。其中最主要的控制机制是对光反射的，进入眼内的光更亮了，瞳孔就自动缩小，反之就放大。所以在夜间的时候，瞳孔是要比白天时更大一些。还有其他的一些机制会自动控制瞳孔，比如看远看近的时候瞳孔大小是不同的。激动、紧张、处于攻击/逃跑状态的时候，瞳孔大小也会变化，还有就是药物也有影响。

瞳孔相当于照相机之中的光圈，可以限制通光量。光学上称为光瞳。在一个满是错误设计的眼球之中，瞳孔的位置还是不错的，它恰好处于角膜和晶状体这两个透镜之间。光瞳如果放在镜头组之外，会产生限制看东西的范围的作用。比如在眼镜上做个光圈，视野就会受到限制。当瞳孔在透镜组中间的时候，不但不会限制视野，而且还可以限制像差。

虹膜的边缘就像剪刀一样，把像差剪裁成瞳孔的形状。如果一个人的角膜或者晶状体周边有问题，又如果经过这个区域的光线被虹膜挡住，没有进入瞳孔，那么这些部分的屈光问题就不会对视觉造成影响。所以瞳孔小一些，像差会更小一些。不过如果瞳孔太小了，衍射的效应则逐渐明显起来，看东西也会不清楚。更geek的同学们，可以参考傅立叶光学，构建一个光瞳函数，取傅立叶变换，就可以得到平行光入射以后会聚形成的光斑图像（点扩散函数），我们可以在计算机上模拟各种形态的瞳孔，方的圆的三角的等等。

就像身高各人不同，瞳孔的大小也各不相同。通常，白天人类的瞳孔大约是2-4mm，夜间的要大一些，可以到6mm左右，有些人平时瞳孔就大，夜间就更大。

前面说过，在准分子激光角膜屈光手术中，医生不能够切削整个角膜，只能切削一部分角膜。切削部分与未切削部分之间的角膜曲率是完全不同的，过度区域发生了曲率的剧烈变化。入射光通过这个区域的时候，会发生强烈的扭曲偏折，如果这些光被虹膜挡在了瞳孔之外，那么不会对视觉成像质量造成影响。但如果一个瞳孔很大的病人，就麻烦多了，当瞳孔扩大到比切削区更大的时候，病人会感觉到明显的“眩光”。

一个良好的瞳孔是较小的，圆形的，居中的。除了大圆小圆，人类还可能长各种奇形怪状的瞳孔，比如项羽，项羽是“重瞳子”，也就是在虹膜的一部分还有一个孔，有的人虹膜没有发育完全，下方是空的，瞳孔是个钥匙孔形，一部分连接起来了，还有一部分空着，看起来是两个瞳孔，这些人的视力会比常人差一些。（也许在楚汉之争的时候，项羽的先天缺陷也是失败的原因之一吧，理论上他应该对来自空中的打击防御力低一些，夜间战斗力也会有所降低。）

还有很多不幸的人们，会因为外伤而损伤瞳孔，那就会有更多形态了。瞳孔的修补和重建手术是非常复杂的，要求很高的手术技术，很多病人目前还得不到有效的治疗，医学界正在努力改进之中。

说到这，请大家注意保护自己的眼睛，不仅仅是看书时注意休息，更重要的是如果可能发生眼外伤的时候，要事先戴上护目镜。眼睛上角膜、虹膜、晶状体、视网膜等等跟成像有关的组织，一旦破损，即使修复，也破镜难圆。10元左右的护目镜可以比1万元的外伤手术起到更好的效果。燃放烟花爆竹、做化学实验、搞装修、Geek DIY……的时候，请大家戴上护目镜。

回到“打酱油的外星人”的问题，很可能就是因为瞳孔太大，形态和位置应该没有太大异常。一般来说，要解决这些问题，就是需要缩小瞳孔，比如增加周围的亮度，可以使瞳孔缩小，看书的时候，可能需要更为明亮的照明。药物也是可以缩小瞳孔的，比如常用的“毛果芸香碱”，这是一个用来治疗青光眼的药物，至于为什么缩小瞳孔可以治疗青光眼，以后再展开。不过涉及到具体的病情，建议还是仔细咨询眼科医生以后再决定举措。