人眼屈光介质的各个部分都不是理想的光学系统，在实际生活中，从各物点发出的光线，尤其是来源于周边视野的光线，不在近轴区域内，通过人眼屈光介质的光路更加偏离理想路径，因而在视网膜上所成的像不是一个点，而是形成一个弥散斑，且物体所形成的像不在同一平面，而是一个曲面，因此形成了像差，物理学上称为波前像差。简单来讲，波前像差就是物体经光学系统成像的实际波阵面与理想波阵面之间的光程差，波前像差是每个点的位置坐标的函数，目前对于像差的定量描述通常以7阶35项的Zernike多项式定量和分解表达，该公式可以将人眼的不规则像差图形分解为多个基本形状的组合。其中一阶和二阶为低阶像差，包括倾斜、离焦（近视、远视）和散光；三阶及以上为高阶像差，包括三阶的彗差和三叶草像差，四阶的球差等（图4-1-1）。但实际上人眼的像差并不是基本图形的简单组合，而是多种像差综合作用产生的结果。

目前临床上使用的客观波前像差仪包括以光线追迹理论为基础的iTrace视觉质量分析仪、以Shack-Hartmann波前感受器理论为基础的出射型像差仪、以Tscherning理论为基础的视网膜型像差仪和以Scheiner-Sminov理论为基础的入射可调式屈光计。波前像差对人眼视觉质量的影响并非各阶或各项像差单独作用的结果，像差之间的不同组合可能提升或降低视觉质量，色差引起的色相位移以及与单色像差之间也存在一定影响 ^[4]。波前像差的测量需在透明介质的前提下，因此在白内障术前或术后屈光介质混浊的情况下，基于像差的评价方法有所受限。

调制传递函数（modulation transfer function，MTF）是由PSF经傅里叶变换获得的函数，指在不同空间频率下，像与物的对比度比值，描述不同空间频率下物像对比度与光学系统成像质量的关系，反映光学系统对不同空间频率的响应能力。例如，人眼分辨物体的细节部分时，高空间频率相较于低空间频率所起的作用更大。一般而言，当光学介质混浊时，光线经光学系统传递后，高空间频率的成像质量会比低空间频率的成像质量下降更多。因此，当白内障形成时，尽管视力损害程度不严重，但对于视物细节的辨认能力会下降，引起患者主诉视物模糊。当空间频率增大到一定程度时，分辨率达到极限，获得的视网膜图像最模糊，也可看作屈光介质的光线传递能力达到极限，此时的空间频率值定义为调制传递函数截止频率，MTF截止频率值（MTF cut off）越大，表示达到光学系统分辨率极限的空间频率越大，意味着屈光介质具有更好的光线传递能力，人眼能获得更好的视觉质量。早期白内障患眼的MTF cut off较健康人眼明显降低，表明其视觉质量有所下降。MTF值可以与CSF相对应，也与像差及衍射效应密切相关，能够客观定量地反映眼球光学系统的成像质量。MTF值越大，成像质量越好。将不同空间频率的正弦光栅作为横坐标，将MTF值作为纵坐标，即得到MTF曲线，其低频区反映物体轮廓传递情况，中频区反映物体层次传递情况，而高频区反映物体细节传递情况。

简单来看，MTF曲线的趋势，若斜率越大，代表视觉质量越差；MTF曲线所包围的区域越大，相对斜率也较小，则视觉质量越好。如图4-1-2，眼内（internal）MTF曲线低平，曲线下面积较小；角膜（cornea）MTF曲线平滑，曲线下面积较大，说明全眼（total）MTF低，视觉质量不佳主要影响因素来自眼内。

点扩散函数（point spread function，PSF）是指点光源经光学系统后所形成的光强度分布函数，反映光点投射到视网膜上后发生的光强度和位置的偏差。PSF体现像差、衍射和散射对视网膜成像质量的共同影响，但是在量化描述方面存在一定的局限性。通常用来描述点光源通过屈光介质后所形成的衍射光斑的特性，它可以描述经过该屈光系统的点光源的光强度，屈光介质越混浊，则光在传播过程中能量损失越大，形成的光斑面积越大越分散，视网膜形成的物像就越模糊 ^[5]。如图4-1-3，眼内（internal）屈光介质越混浊，则光在传播过程中能量损失较大，形成的光斑较分散，视网膜形成的物像较模糊；角膜（cornea）光斑较小，形成的物像就较清晰，说明该患者视觉质量差主要由眼内介质混浊导致。此外，光斑的光强度越大，说明光能量损失越少，视觉质量越好。PSF与视觉质量的关系也用斯特列尔比（Strehl ratio，SR）进行描述，SR是指有像差与无像差光学系统的PSF中心峰值强度的比值，与视觉质量呈反比。

PSF和MTF都是客观评价视觉质量的指标。PSF采用点光源形成光斑的弥散度及SR的大小评估视觉质量，光斑弥散越小或SR越高，视觉质量越好。MTF则采用曲线的斜率变化及MTF cut off对视觉质量进行评估，MTF曲线斜率越小，曲线下面积越大、视觉质量越好；MTF cut off越高，视觉质量越好。

K.Strehl根据光学系统对点扩散函数（PSF）中心点亮度的影响，于1894年提出了斯特列尔比值的概念，用于判断光学系统的成像质量并描述成像对比度。斯特列尔比值（Strehl rate，SR）是指光学系统中成像面的聚光比例。

在没有像差的理想光学系统中，点光源透过无像差的光学系统，在成像处汇聚于一点，此时视网膜成像的中心点光强度为100%，即SR值为100%，而透过有像差的光学系统时，其光束会发生一定扩散，像差的存在会使得中心点光强度减少。正常人眼的SR为30%，越高越接近无像差光学系统。但SR值达到80%时即称为衍射极限了，如果超过了95%便可认为该光学系统已接近无像差屈光系统。

同时，SR是点扩散函数（PSF）的评估指标，是PSF的量化描述值，是基于波前屈光不正所得的结果，与主观视觉感受具有良好的一致性，是屈光手术后客观评价视觉质量的理想指标之一。

经不均匀的屈光介质传递后，向各个方向散开传播的现象，称为散射。部分光线通过眼部不均匀的屈光介质和不同光学折射率的结构时，会偏离原传播方向，这部分光线称为眼内散射光。眼内散射包括正向散射也称为前散射，反向散射也称为后散射两种类型。前散射是影响视觉质量最主要的部分，屈光介质的混浊会使进入眼内的光线散射程度增加，影响视觉质量。人眼的眼表散射主要来源于泪膜，而眼内散射的主要来源则是角膜、房水、虹膜、晶状体、玻璃体及眼底。散射光在眼内形成较强的光幕，并叠加于视网膜的图像上，降低了视网膜图像的对比度和清晰度，导致晕轮、星芒、眩光、夜视不良等多种症状。与视力和CS相比，散射光可以更大程度地反映视网膜敏感性。

客观散射指数（object scatter index，OSI）是指视网膜像的周边光强度与中央峰值光强度的比值。OSI一方面可以量化因屈光介质混浊造成的眼内散射程度；另一方面，由于眼内散射在短时间内不会有明显改变，但眼表情况，尤其是泪膜的变化可以在短时间内造成散射的改变，因此可以通过连续测量来评估眼表情况，特别对眼干燥症具有诊疗价值。